JP7254518B2 - Additive manufacturing method for ceramics using microwaves - Google Patents

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Description

本明細書は、セラミックのための3D印刷としても知られている付加製造方法に関する。 The present specification relates to additive manufacturing methods, also known as 3D printing for ceramics.

自由立体造形または3D印刷としても知られている付加製造(AM)は、原材料(例えば、粉末、液体、懸濁液、溶融固体)を二次元の層に連続的に供出することにより三次元の物体が構築される製造プロセスを指す。対照的に、従来の機械加工技法は、物体が素材(例えば、セラミック、木材、プラスチックのブロック)から切り抜かれるサブトラクティブプロセスを含む。 Additive manufacturing (AM), also known as free-stereolithography or 3D printing, creates three-dimensional structures by continuously dispensing raw materials (e.g., powders, liquids, suspensions, molten solids) into two-dimensional layers. Refers to the manufacturing process by which an object is constructed. In contrast, conventional machining techniques involve subtractive processes in which objects are cut from a material (eg, blocks of ceramic, wood, plastic).

様々な付加プロセスを付加製造において使用することができる。層を生成するために材料を溶融または軟化させる方法、例えば、選択的レーザ溶融(SLM)、直接金属レーザ焼結(DMLS)、選択的レーザ焼結(SLS)、熱溶解積層法(FDM)もあれば、異なる技術を用いて液体材料を硬化する方法、例えば、ステレオリソグラフィ(SLA)もある。これらのプロセスは、完成した物体を生成するために層が形成されるやり方、およびプロセスで使用するのに適合する材料において異なる場合がある。 Various additive processes can be used in additive manufacturing. Also methods of melting or softening materials to produce layers, e.g. Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Selective Laser Sintering (SLS), Fused Deposition Modeling (FDM) There are also methods, if any, for curing liquid materials using different techniques, eg stereolithography (SLA). These processes may differ in the manner in which the layers are formed to produce the finished object and the materials that are compatible with use in the process.

従来のシステムは、粉末材料を焼結または溶融するためのエネルギー源を使用する。一旦第1の層上の選択されたすべての場所が焼結または溶融され、次いで再凝固すると、完成した層の上に粉末材料の新しい層を堆積させる。次いで、所望の物体が生成されるまで、このプロセスを層ごとに繰り返すことができる。 Conventional systems use energy sources to sinter or melt powder materials. Once all selected locations on the first layer have been sintered or melted and then resolidified, a new layer of powder material is deposited over the completed layer. This process can then be repeated layer by layer until the desired object is produced.

一態様では、セラミック部品を形成するための付加製造装置は、形成されるセラミック部品を支持するプラットフォームと、プラットフォーム上に供給材料の連続した層を供出するディスペンサと、を含む。供給材料は、硬化性成分を含む。本装置は、プラットフォームの上面に向けられた放射線を放射する放射線源と、プラットフォーム上の連続した層に向かってマイクロ波を印加するマイクロ波源と、をさらに含む。放射線は、各層が供出されたときにまたは後に、供給材料の硬化性成分を硬化するように構成される。マイクロ波は、供給材料の硬化性成分を気化させ、供給材料の結晶化を引き起こしてセラミック部品を形成するように構成される。 SUMMARY In one aspect, an additive manufacturing apparatus for forming a ceramic part includes a platform that supports the ceramic part to be formed and a dispenser that dispenses a continuous layer of feed material onto the platform. The feedstock includes curable components. The apparatus further includes a radiation source that emits radiation directed toward the top surface of the platform and a microwave source that applies microwaves toward successive layers on the platform. The radiation is configured to cure the curable components of the feed material as or after each layer is delivered. The microwaves are configured to vaporize the curable components of the feed material and cause crystallization of the feed material to form the ceramic component.

さらなる態様では、セラミック部品を形成するための付加製造装置は、エンクロージャと、エンクロージャに収納された付加製造モジュールと、エンクロージャに収納されたマイクロ波モジュールと、コントローラと、を含む。付加製造モジュールは、プラットフォーム上に供給材料の連続した層を供出し硬化するように構成される。マイクロ波モジュールは、マイクロ波を放射して供給材料の結晶化を引き起こしてセラミック部品を形成するように構成される。コントローラは、付加製造モジュールを動作させて供給材料の層を供出し硬化して硬化ポリマーを形成するように構成される。コントローラは、供給材料の層が供出され硬化された後、マイクロ波モジュールを動作させて硬化ポリマーを気化させ、供給材料の結晶化を引き起こしてセラミック部品を形成するように構成される。 In a further aspect, an additive manufacturing apparatus for forming a ceramic component includes an enclosure, an additive manufacturing module housed in the enclosure, a microwave module housed in the enclosure, and a controller. The additive manufacturing module is configured to dispense and cure successive layers of feedstock material on the platform. The microwave module is configured to radiate microwaves to cause crystallization of the feed material to form the ceramic component. The controller is configured to operate the additive manufacturing module to dispense and cure a layer of feed material to form a cured polymer. The controller is configured to operate the microwave module to vaporize the cured polymer and cause crystallization of the feed material after the layer of feed material has been delivered and cured to form the ceramic part.

別の態様では、セラミック部品を形成する付加製造方法は、供給材料の連続した層を供出するステップと、連続した層の各層が供出されたときにまたは後に、供給材料の少なくとも1つの層に向かって放射線を放射するステップと、連続した層に向けられたマイクロ波を印加するステップと、を含む。供給材料は、硬化性成分を含む。放射線は、供給材料の硬化性成分を硬化するように構成される。マイクロ波は、供給材料の硬化性成分を気化させ、供給材料の結晶化を引き起こしてセラミック部品を形成するように構成される。 In another aspect, an additive manufacturing method for forming a ceramic component includes the steps of delivering successive layers of feed material and, as or after each successive layer of the feed material is delivered, toward at least one layer of feed material. and applying microwaves directed at successive layers. The feedstock includes curable components. The radiation is configured to cure the curable component of the feed material. The microwaves are configured to vaporize the curable components of the feed material and cause crystallization of the feed material to form the ceramic component.

さらなる別の態様では、付加製造方法は、硬化性成分およびセラミック成分を含む第1の供給材料の第1の層を供出するステップを含む。本方法は、第1の供給材料の第1の層に向かって放射線を放射して第1の層中の第1の供給材料の硬化性成分を硬化するステップをさらに含む。本方法は、第1の層上に第2の供給材料の第2の層を供出するステップを含む。第2の供給材料は、硬化性成分およびセラミック成分を含む。本方法は、第2の供給材料の第2の層に向かって放射線を放射して第2の層中の第2の供給材料の硬化性成分を硬化するステップをさらに含む。また本方法は、第2の供給材料の第2の層上に第1の供給材料の第3の層を供出し、第1の供給材料の第3の層に向かって放射線を放射して第3の層中の第1の供給材料の硬化性成分を硬化するステップを含む。本方法は、少なくとも第1の層、第2の層、および第3の層を含む複数の層にマイクロ波を印加して複数の層の供給材料のセラミック成分を結晶化させ焼結するステップを含む。 In yet another aspect, an additive manufacturing method includes providing a first layer of a first feedstock comprising a curable component and a ceramic component. The method further includes directing radiation toward the first layer of the first feed material to cure the curable components of the first feed material in the first layer. The method includes dispensing a second layer of a second feedstock over the first layer. A second feedstock includes a curable component and a ceramic component. The method further includes directing radiation toward the second layer of the second feed material to cure the curable components of the second feed material in the second layer. The method also includes delivering a third layer of the first feed material over the second layer of the second feed material and emitting radiation toward the third layer of the first feed material to produce a third layer of the first feed material. Curing the curable components of the first feed material in three layers. The method includes applying microwaves to a plurality of layers, including at least a first layer, a second layer, and a third layer, to crystallize and sinter a ceramic component of the feedstock of the plurality of layers. include.

本装置および方法の実施態様は、以下および本明細書の他の箇所に記載されたものを含むことができる。一部の例では、本装置は、マイクロ波が供給材料の少なくとも2つの層の硬化性成分を同時に気化させるように、マイクロ波のそれぞれの印加の間に供給材料の少なくとも2つの層をディスペンサに供出させるように構成されたコントローラを含むことができる。本方法は、マイクロ波を印加する前に供給材料の少なくとも2つの層を供出するステップをさらに含むことができる。マイクロ波を印加するステップは、供給材料の少なくとも2つの層の硬化性成分を同時に気化させるようにマイクロ波を印加するステップを含むことができる。あるいはまたはさらに、装置は、マイクロ波源にマイクロ波を印加させて、ディスペンサに供給材料の連続した層をすべて供出させた後に、供給材料の連続した層の硬化性成分を同時に気化させるように構成されたコントローラを含むことができる。マイクロ波を印加するステップは、供給材料の連続した層をすべて供出した後に、供給材料の層の硬化性成分を同時に気化させるようにマイクロ波を印加するステップを含むことができる。 Implementations of the apparatus and methods can include those described below and elsewhere herein. In some examples, the apparatus applies at least two layers of feed material to the dispenser between each application of microwaves such that the microwaves simultaneously vaporize curable components of at least two layers of feed material. A controller configured to cause dispensing can be included. The method may further include delivering at least two layers of feed material prior to applying microwaves. Applying microwaves can include applying microwaves to simultaneously vaporize the curable components of the at least two layers of the feed material. Alternatively or additionally, the apparatus is configured to cause the microwave source to apply microwaves to cause the dispenser to dispense all successive layers of feed material, followed by simultaneous vaporization of the curable components of successive layers of feed material. controller. Applying microwaves can include applying microwaves after all successive layers of feed material have been delivered to simultaneously vaporize the curable components of the layers of feed material.

一部の例では、付加製造装置は、マイクロ波源にマイクロ波を印加させて、マイクロ波に対して透明なセラミック結晶の成長を引き起こしてセラミック部品を形成するように構成されたコントローラをさらに備える。マイクロ波を印加することによって、マイクロ波に対して透明なセラミック結晶の成長を引き起こしてセラミック部品を形成することができる。放射線は、硬化性成分を硬化して硬化ポリマーを形成するように構成することができる。放射線を放射するステップは、供給材料に放射線を印加して供給材料の硬化性成分を硬化して硬化ポリマーを形成するステップを含むことができる。セラミック結晶は、硬化ポリマーのマイクロ波に対する透明度よりも400%~2000%高いマイクロ波に対する透明度を有することができる。 In some examples, the additive manufacturing apparatus further comprises a controller configured to cause the microwave source to apply microwaves to cause growth of ceramic crystals transparent to microwaves to form the ceramic component. Application of microwaves can induce the growth of microwave-transparent ceramic crystals to form ceramic components. Radiation can be configured to cure the curable component to form a cured polymer. Exposing to radiation can include applying radiation to the feed material to cure a curable component of the feed material to form a cured polymer. The ceramic crystal can have a microwave transparency that is 400% to 2000% higher than the microwave transparency of the cured polymer.

一部の例では、マイクロ波源は、複数の周波数でマイクロ波を放射するように構成することができる。マイクロ波源は、周波数のそれぞれでマイクロ波を順次放射するように構成することができる。マイクロ波を印加するステップは、複数の周波数でマイクロ波を放射するステップを含むことができる。周波数でマイクロ波を放射するステップは、周波数のそれぞれでマイクロ波を順次放射するステップを含むことができる。周波数は、5.8~6.8ギガヘルツである。マイクロ波源は、およそ25マイクロ秒間、周波数のそれぞれでマイクロ波を放射することができる。周波数でマイクロ波を放射するステップは、およそ25マイクロ秒間、周波数のそれぞれでマイクロ波を放射するステップを含むことができる。場合によっては、マイクロ波源は、5マイクロ秒~45マイクロ秒間、周波数のそれぞれでマイクロ波を放射することができる。周波数でマイクロ波を放射するステップは、5マイクロ秒~45マイクロ秒間、周波数のそれぞれでマイクロ波を放射するステップを含むことができる。 In some examples, the microwave source can be configured to emit microwaves at multiple frequencies. The microwave source can be configured to sequentially emit microwaves at each of the frequencies. Applying microwaves can include radiating microwaves at a plurality of frequencies. Emitting microwaves at the frequencies can include sequentially emitting microwaves at each of the frequencies. The frequency is 5.8-6.8 Gigahertz. The microwave source can emit microwaves at each of the frequencies for approximately 25 microseconds. Emitting microwaves at the frequencies can include radiating microwaves at each of the frequencies for approximately 25 microseconds. Optionally, the microwave source can emit microwaves at each of the frequencies for 5 microseconds to 45 microseconds. Emitting microwaves at the frequencies can include radiating microwaves at each of the frequencies for 5 microseconds to 45 microseconds.

一部の例では、放射線源は、紫外線(UV)光源とすることができ、放射線は、紫外線光である。放射線を放射するステップは、連続した層の各層を供出したときにまたは後に、供給材料の少なくとも1つの層に向かって紫外線光を放射するステップを含むことができる。供給材料の硬化性成分は、UV光硬化性ポリマーを含むことができる。 In some examples, the radiation source can be an ultraviolet (UV) light source, and the radiation is ultraviolet light. Emitting radiation can include emitting ultraviolet light toward at least one layer of the feed material upon or after delivering each layer of the successive layers. The curable component of the feedstock can include a UV light curable polymer.

一部の例では、供給材料は、セラミック成分を含むことができる。マイクロ波源は、プラットフォームに向かってマイクロ波を放射してセラミック成分の結晶化を引き起こすように構成することができる。マイクロ波を印加することによって、セラミック成分の結晶化を引き起こすことができる。セラミック成分は、液相セラミック化合物を含むことができる。供給材料のセラミック成分は、第1の前駆体材料および第2の前駆体材料を含むことができる。マイクロ波源は、プラットフォームに向かってマイクロ波を放射して第1の前駆体材料および第2の前駆体材料にセラミック化合物を形成させるように構成することができる。マイクロ波を印加することによって、第1の前駆体材料および第2の前駆体材料がセラミック化合物を形成することができる。第1の前駆体材料は、炭素を含むことができ、第2の前駆体材料は、ケイ素を含むことができる。 In some examples, the feedstock can include ceramic components. A microwave source may be configured to radiate microwaves toward the platform to cause crystallization of the ceramic component. Crystallization of the ceramic component can be induced by applying microwaves. The ceramic component can include a liquid phase ceramic compound. The ceramic component of the feed material can include a first precursor material and a second precursor material. The microwave source can be configured to radiate microwaves toward the platform to cause the first precursor material and the second precursor material to form a ceramic compound. By applying microwaves, the first precursor material and the second precursor material can form a ceramic compound. The first precursor material can include carbon and the second precursor material can include silicon.

さらにまたはあるいは、供給材料は、第1の供給材料とすることができ、ディスペンサは、プラットフォームの上面上に第1の供給材料および第2の供給材料を供出するように構成することができる。第1の供給材料および第2の供給材料のそれぞれは、セラミック成分および硬化性成分を含むことができる。マイクロ波源は、第1の供給材料のセラミック成分を結晶化させて第1のセラミック結晶を形成し、第2の供給材料のセラミック成分を結晶化させて第2のセラミック結晶を形成するように構成することができる。マイクロ波を印加することによって、第1の供給材料のセラミック成分の結晶化を引き起こして第1のセラミック結晶を形成し、第2の供給材料のセラミック成分の結晶化を引き起こして第2のセラミック結晶を形成することができる。第1の結晶は、第2の結晶よりも大きくすることができる。第1の結晶は、第2の結晶よりも300%~2000%大きくすることができる。第1の供給材料の硬化性成分に対するセラミック成分の比は、第2の供給材料の硬化性成分に対するセラミック成分の比よりも大きくすることができる。例えば、第1の供給材料の比は、第2の供給材料の比よりも600%~1000%大きい。 Additionally or alternatively, the feedstock can be a first feedstock and the dispenser can be configured to dispense the first feedstock and the second feedstock onto the top surface of the platform. Each of the first feedstock and the second feedstock can include a ceramic component and a curable component. The microwave source is configured to crystallize the ceramic component of the first feedstock to form first ceramic crystals and to crystallize the ceramic component of the second feedstock to form second ceramic crystals. can do. Application of microwaves causes the ceramic component of the first feedstock to crystallize to form first ceramic crystals and the ceramic component of the second feedstock to crystallize to form second ceramic crystals. can be formed. The first crystal can be larger than the second crystal. The first crystal can be 300% to 2000% larger than the second crystal. The ratio of ceramic component to curable component of the first feedstock can be greater than the ratio of ceramic component to curable component of the second feedstock. For example, the ratio of the first feedstock is 600% to 1000% greater than the ratio of the second feedstock.

第1の供給材料および第2の供給材料が供出される一部の場合では、本装置は、コントローラをさらに含むことができる。コントローラは、本装置に、ディスペンサを使用してプラットフォームの上面上に第1の供給材料の第1の層を供出させ、放射線源を使用して第1の供給材料の第1の層を硬化させるように構成することができる。コントローラは、ディスペンサを使用して第1の層上に第2の供給材料の第2の層を供出し、放射線源を使用して第2の供給材料の第2の層を硬化するように構成することができる。コントローラは、ディスペンサを使用して第2の層上に第1の供給材料の第3の層を供出し、放射線源を使用して第1の供給材料の第3の層を硬化するようにさらに構成することができる。コントローラは、マイクロ波源を使用して、少なくとも第1の層、第2の層、および第3の層を含む複数の層を焼結するようにさらに構成することができる。 In some cases where the first feedstock and the second feedstock are delivered, the apparatus can further include a controller. The controller causes the apparatus to dispense a first layer of the first feed material onto the top surface of the platform using the dispenser and cure the first layer of the first feed material using the radiation source. can be configured as The controller is configured to dispense a second layer of the second feed material onto the first layer using the dispenser and to cure the second layer of the second feed material using the radiation source. can do. The controller further uses the dispenser to dispense a third layer of the first feed material onto the second layer and uses the radiation source to cure the third layer of the first feed material. Can be configured. The controller can be further configured to sinter multiple layers, including at least the first layer, the second layer, and the third layer, using the microwave source.

第1の供給材料および第2の供給材料が供出される一部の場合では、本方法は、第1の供給材料の第1の層を供出し、第1の供給材料の第1の層に向かって放射線を放射するステップさらに含むことができる。本方法は、第1の層上に第2の供給材料の第2の層を供出し、第2の供給材料の第2の層に向かって放射線を放射するステップを含むことができる。また、本方法は、第2の層上に第1の供給材料の第3の層を供出し、第1の供給材料の第3の層を放射するステップを含むことができる。本方法は、少なくとも第1の層、第2の層、および第3の層を含む層を焼結するステップを含むことができる。 In some cases where a first feedstock and a second feedstock are delivered, the method comprises delivering a first layer of the first feedstock, It can further include the step of emitting radiation towards it. The method can include delivering a second layer of a second feed material over the first layer and emitting radiation toward the second layer of the second feed material. The method can also include delivering a third layer of the first feedstock over the second layer and radiating the third layer of the first feedstock. The method can include sintering layers including at least a first layer, a second layer, and a third layer.

一部の例では、本装置は、マイクロ波に対して不透明なエンクロージャを含むことができる。エンクロージャは、プラットフォームを支持し、マイクロ波源によって放射されたマイクロ波を環境から分離することができる。マイクロ波を放射するステップは、マイクロ波が、エンクロージャの環境からマイクロ波を分離するエンクロージャ内に含まれるように、マイクロ波を放射するステップを含むことができる。 In some examples, the device can include an enclosure that is opaque to microwaves. An enclosure may support the platform and isolate microwaves emitted by the microwave source from the environment. Emitting microwaves can include radiating microwaves such that the microwaves are contained within an enclosure that isolates the microwaves from the environment of the enclosure.

一部の例では、本装置は、マイクロ波に対して不透明で、少なくとも赤外光に対して透明な窓を含むことができる。マイクロ波を放射するステップは、マイクロ波がエンクロージャおよびエンクロージャの窓内に含まれるように、マイクロ波を放射するステップを含むことができる。窓は、マイクロ波に対して不透明で、少なくとも赤外光に対して透明にすることができる。本装置は、窓を通してプラットフォームの上面に向かって赤外線を放射する赤外線熱センサを含むことができる。赤外線熱センサは、プラットフォーム上の供給材料の温度を検出するように構成することができる。本方法は、供給材料の温度を検出するために窓を通して赤外線を放射するステップをさらに含むことができる。 In some examples, the device can include a window that is opaque to microwaves and transparent to at least infrared light. Emitting microwaves can include radiating microwaves such that the microwaves are contained within the enclosure and the windows of the enclosure. The window may be opaque to microwaves and transparent to at least infrared light. The apparatus may include an infrared thermal sensor that emits infrared radiation through the window toward the top surface of the platform. An infrared thermal sensor can be configured to detect the temperature of the feed material on the platform. The method may further include emitting infrared radiation through the window to detect the temperature of the feed material.

一部の例では、本装置は、マイクロ波源に結合されたホーンを含むことができる。マイクロ波を放射するステップは、ホーンを通してマイクロ波を放射するステップを含むことができる。ホーンは、マイクロ波源によって放射されたマイクロ波をプラットフォームの上面の一部へ誘導するように成形することができる。
一部の例では、セラミック部品は、炭化ケイ素モノリスである。
一部の例では、セラミック部品は、炭化タングステンモノリスである。
In some examples, the device can include a horn coupled to the microwave source. Emitting microwaves can include radiating microwaves through a horn. The horn can be shaped to direct microwaves emitted by the microwave source to a portion of the upper surface of the platform.
In some examples, the ceramic component is a silicon carbide monolith.
In some examples, the ceramic component is a tungsten carbide monolith.

本明細書に記載される実施態様は、以下に記載される利点を任意選択で含んでもよい(およびこれらに限定されない)。付加製造装置および方法は、セラミック部品を形成するためのサブトラクティブ法で典型的には生じる材料の無駄を低減させることができる。例えば、従来の機械加工法は、セラミック部品を形成するためにセラミック素材加工品からセラミック材料を除去することがあり、除去されたセラミック材料は、場合によっては、再利用することができない。対照的に、本明細書に記載された付加製造装置および方法では、連続した層を形成するために供出された供給材料中のセラミック成分は除去されず、むしろ、セラミック部品を形成するために使用される。 Implementations described herein may optionally include (and are not limited to) the advantages described below. The additive manufacturing apparatus and method can reduce the material waste that typically occurs in subtractive processes for forming ceramic parts. For example, conventional machining methods may remove ceramic material from a ceramic workpiece to form a ceramic component, and the removed ceramic material may in some cases not be reusable. In contrast, the additive manufacturing apparatus and methods described herein do not remove the ceramic component in the feedstock delivered to form the continuous layer, but rather use it to form the ceramic part. be done.

送出される供給材料の粘度は、供給材料中の非セラミック成分の割合を選択することによって調整することができる。セラミック成分が液相セラミック化合物である場合、液相セラミック化合物単独の粘度は、供出速度を遅くし、目詰まりをもたらす可能性がある。本発明の付加製造装置および方法では、供給材料の流路のいかなる設備も粘度がより高い場合に生じることがある目詰まりを被る可能性が低くなるように、供給材料を調整してより低い粘度を有するようにすることができる。供給材料の粘度が低くなるほど、供給材料を供出することができる速度を増加させることによって、セラミック部品の形成のスループットをさらに促進することができる。 The viscosity of the delivered feedstock can be adjusted by selecting the proportion of non-ceramic components in the feedstock. If the ceramic component is a liquid phase ceramic compound, the viscosity of the liquid phase ceramic compound alone can slow the dispensing rate and lead to clogging. In the additive manufacturing apparatus and method of the present invention, the feedstock is adjusted to a lower viscosity so that any equipment in the feedstock flow path is less likely to suffer from clogging that can occur at higher viscosities. can be made to have The lower viscosity of the feed material can further facilitate the throughput of forming ceramic parts by increasing the rate at which the feed material can be dispensed.

マイクロ波は、特にマイクロ波を使用しない熱ベースの方法と比較して、セラミック成分の結晶化の速度を増加させることができる。マイクロ波が複数の周波数で印加される場合、供給材料の層全体にわたってより均一なエネルギーおよび熱分布を達成することができる。エネルギーおよび熱の均一性は、硬化性成分の気化およびセラミック成分の結晶化の均一性を増加させることができる。セラミック成分に対する熱およびエネルギーの分布が均一になるほど、セラミック部品の仕上がりは、より滑らかになる可能性がある。特定の理論によって限定されることなく、均一性の増加は、マイクロ波が供給材料の硬化性成分およびセラミック成分から複数様式の反応を引き起こすことに起因することがある。 Microwaves can increase the rate of crystallization of ceramic components, especially compared to heat-based methods that do not use microwaves. When microwaves are applied at multiple frequencies, a more uniform energy and heat distribution across the layer of feed material can be achieved. Uniformity of energy and heat can increase uniformity of vaporization of the curable component and crystallization of the ceramic component. The more uniform the distribution of heat and energy to the ceramic component, the smoother the finish of the ceramic part can be. Without being limited by a particular theory, the increased uniformity may be due to microwaves causing multiple modes of reaction from the curable and ceramic components of the feedstock.

複数のタイプの供給材料が供出される場合、複数のタイプの供給材料は、供出された層間の結合の改善を促進することができる。特に、供給材料は、異なる組成物およびセラミック成分含有率を有することによって、比較的小さな結晶粒および比較的大きな結晶粒を形成する。比較的小さな結晶粒と比較的大きな結晶粒との組合せから形成された結晶構造は、結晶粒径の均質性が比較的大きな結晶構造と比較してより強い。 When multiple types of feedstock are delivered, the multiple types of feedstock can facilitate improved bonding between the delivered layers. In particular, the feedstocks have different compositions and ceramic component contents to form relatively small grains and relatively large grains. A crystalline structure formed from a combination of relatively small grains and relatively large grains is stronger than a crystalline structure with relatively large grain size homogeneity.

本明細書に記載される主題の1つまたは複数の実施態様の詳細は、添付図面および以下の記載において述べられる。本主題の他の潜在的な態様、特徴、および利点は、記載、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。 The details of one or more implementations of the subject matter described in this specification are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other potential aspects, features, and advantages of the present subject matter will become apparent from the description, drawings, and claims.

付加製造装置の概略側面図である。It is a schematic side view of an additive manufacturing apparatus. 付加製造装置のシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a system of additive manufacturing equipment; FIG. 付加製造装置用のマイクロ波ホーンの斜視図である。1 is a perspective view of a microwave horn for additive manufacturing equipment; FIG. 付加製造装置用のマイクロ波ホーンの斜視図である。1 is a perspective view of a microwave horn for additive manufacturing equipment; FIG. 付加製造装置用のマイクロ波ホーンの斜視図である。1 is a perspective view of a microwave horn for additive manufacturing equipment; FIG. 付加製造装置用のマイクロ波ホーンの斜視図である。1 is a perspective view of a microwave horn for additive manufacturing equipment; FIG. 付加製造装置用のマイクロ波ホーンの斜視図である。1 is a perspective view of a microwave horn for additive manufacturing equipment; FIG. 付加製造装置を使用して行われる付加製造プロセスの例の流れ図である。1 is a flow diagram of an example additive manufacturing process performed using additive manufacturing equipment; 付加製造装置を使用して行われる付加製造プロセスの例の動作を表すグラフである。4 is a graph representing the operation of an example additive manufacturing process performed using additive manufacturing equipment. 図5Aで表された付加製造プロセスの流れ図である。5B is a flow diagram of the additive manufacturing process represented in FIG. 5A;

様々な図面における同様の参考番号および記号表示は、同様の要素を示す。 Like reference numbers and designations in the various drawings indicate like elements.

付加製造(AM)装置を使用して、供給材料の連続した層を供出し溶解することによってセラミック部品を形成する製造プロセスを行うことができる。装置は、第1のプロセスを使用して、供給材料の一部を硬化し、それによって供給材料が供出された後に供給材料を安定化させることができる。装置は、第2のプロセスを使用して、安定化させた供給材料の結晶化を引き起こし、セラミック部品を形成しない他の材料を供給材料から除去することができる。 Additive manufacturing (AM) equipment can be used to perform a manufacturing process that forms ceramic parts by dispensing and melting successive layers of feed material. The apparatus may use a first process to harden a portion of the feed material, thereby stabilizing the feed material after it has been dispensed. The apparatus can use a second process to cause crystallization of the stabilized feedstock and remove other materials from the feedstock that do not form ceramic parts.

硬化による供給材料の安定化、およびマイクロ波への暴露による供給材料の結晶化は、供給材料の異なる成分に異なったやり方で影響を及ぼすことができるプロセスであり得る。一部の例では、硬化プロセスは、供給材料の硬化性成分を硬化する放射線を放射するステップを含むことができ、結晶化プロセスは、例えば、供給材料のセラミック成分の結晶化を引き起こす放射線を放射するステップを含むことができる。 Stabilization of the feedstock by curing and crystallization of the feedstock by exposure to microwaves can be processes that can affect different components of the feedstock in different ways. In some examples, the curing process can include emitting radiation that cures a curable component of the feed material, and the crystallization process includes emitting radiation that causes crystallization of a ceramic component of the feed material, for example. may include the step of

硬化放射線は、紫外線光を含むことができ、供給材料は、硬化放射線への暴露に応答して硬化する感光性ポリマーを含むことができる。結晶化放射線は、マイクロ波を含むことができ、供給材料は、マイクロ波に応答してセラミック部品を形成するように結晶化する1つまたは複数のセラミック成分を含むことができる。一部の例では、マイクロ波から形成されたセラミック結晶は、マイクロ波に対して透明になり得るが、硬化ポリマーは、マイクロ波に対して不透明である。結果的に、マイクロ波は、硬化ポリマーにエネルギーを与えて、セラミック結晶を燃焼させることなく、硬化ポリマーを気化させることができる。その結果、セラミック結晶がセラミック材料特性を有するセラミック部品を形成することができるように、供給材料の非セラミック成分のかなりの部分を除去することができる。例えば、実質的にセラミック結晶のみが一連の硬化および結晶化プロセスの後に残ることができる。
付加製造装置
The curing radiation can comprise ultraviolet light and the feed material can comprise a photopolymer that cures in response to exposure to the curing radiation. The crystallization radiation can include microwaves, and the feedstock can include one or more ceramic components that crystallize to form a ceramic component in response to the microwaves. In some instances, ceramic crystals formed from microwaves can be transparent to microwaves, while cured polymers are opaque to microwaves. As a result, the microwaves can energize the cured polymer to vaporize it without burning the ceramic crystals. As a result, a significant portion of the non-ceramic components of the feedstock can be removed so that the ceramic crystals can form ceramic parts with ceramic material properties. For example, substantially only ceramic crystals can remain after a series of curing and crystallization processes.
Additive manufacturing equipment

図1は、セラミック部品を形成するために硬化および結晶化プロセスを行うことができる付加製造装置100の例の概略側面図を示す。付加製造装置100は、装置100の付加製造モジュール104と、装置100のマイクロ波モジュール106を収納するエンクロージャ102と、を含む。付加製造モジュール104は、供給材料110の連続した層108をプラットフォーム112上に供出し、硬化する。供給材料110の連続した層108を硬化することによって、付加製造モジュール104は、硬化ポリマーを形成させる。硬化ポリマーは、供給材料110の層108がプラットフォーム112上に支持されているとき、それらを安定化させる。マイクロ波モジュール106は、プラットフォーム112に向かってマイクロ波を放射して硬化ポリマーを気化させる。また、マイクロ波は、供給材料110のセラミック成分の結晶化を引き起こし、セラミック部品を画成するセラミック結晶の形成を誘発する。制御システム114を表す図2を参照すると、制御システム114のコントローラ116は、セラミック部品を形成するように付加製造モジュール104およびマイクロ波モジュール106のそれぞれを動作させることができる。制御システム114については、本明細書でより詳細に記載される。 FIG. 1 shows a schematic side view of an example additive manufacturing apparatus 100 capable of performing curing and crystallization processes to form ceramic parts. The additive manufacturing device 100 includes an additive manufacturing module 104 of the device 100 and an enclosure 102 that houses the microwave module 106 of the device 100 . The additive manufacturing module 104 dispenses a continuous layer 108 of feed material 110 onto a platform 112 for curing. By curing the continuous layer 108 of the feed material 110, the additive manufacturing module 104 forms a cured polymer. The cured polymer stabilizes layers 108 of feed material 110 as they are supported on platform 112 . The microwave module 106 emits microwaves toward the platform 112 to vaporize the cured polymer. The microwaves also cause crystallization of the ceramic component of the feedstock 110, inducing the formation of ceramic crystals that define the ceramic component. Referring to FIG. 2, which depicts control system 114, controller 116 of control system 114 can operate each of additive manufacturing module 104 and microwave module 106 to form a ceramic part. Control system 114 is described in greater detail herein.

エンクロージャ102は、プラットフォーム112を支持し、マイクロ波モジュール106によって放射されたマイクロ波に対して不透明である。例えば、エンクロージャ102は、ファラデーケージとして動作する金属メッシュとすることができる。その結果、エンクロージャ102は、マイクロ波をエンクロージャの外部の環境から分離する働きをする。 Enclosure 102 supports platform 112 and is opaque to microwaves emitted by microwave module 106 . For example, enclosure 102 can be a metal mesh that acts as a Faraday cage. As a result, enclosure 102 serves to isolate microwaves from the environment outside the enclosure.

図1および図2に示すように、付加製造モジュール104は、供給材料110の層108をプラットフォーム112上に供出するディスペンサ118を含む。プラットフォーム112および/またはディスペンサ118は、ディスペンサ118をプラットフォーム112の上方で水平に移動させることができる線形アクチュエータまたは他の駆動機構によって移動可能である。任意選択で、プラットフォーム112および/またはディスペンサ118の垂直位置は、調整可能である。したがって、プラットフォーム112に対するディスペンサ118の垂直位置は、供給材料110の各層108が供出され硬化された後、プラットフォーム112を降下させることができまたはディスペンサ118を上昇させることができ、それによりプラットフォーム112が供給材料110の新しい層108を受け取る準備ができるように制御可能である。これによって、例えば、各層に対する供給材料110をプラットフォーム112の上方の同じ高さから供出することが可能になる。 As shown in FIGS. 1 and 2, additive manufacturing module 104 includes dispenser 118 that dispenses layer 108 of feed material 110 onto platform 112 . Platform 112 and/or dispenser 118 are movable by a linear actuator or other drive mechanism capable of moving dispenser 118 horizontally over platform 112 . Optionally, the vertical position of platform 112 and/or dispenser 118 is adjustable. Accordingly, the vertical position of the dispenser 118 relative to the platform 112 allows the platform 112 to be lowered or the dispenser 118 to be raised so that the platform 112 is dispensed after each layer 108 of the feed material 110 is dispensed and cured. It is controllable to be ready to receive a new layer 108 of material 110 . This allows, for example, feed material 110 for each layer to be dispensed from the same height above platform 112 .

ディスペンサ118は、例えば、重力によって、供給材料110がプラットフォーム112上に送出される開口部を含むことができる。一部の例では、ディスペンサ118は、供給材料110を貯蔵するリザーバに接続することができる。供給材料110の放出は、ゲートによって制御することができる。ディスペンサ118がCAD互換ファイルによって指定された位置に並進移動すると、電子制御信号をゲートに送って供給材料110を供出することができる。一部の例では、ディスペンサ118からの供給材料110の放出を制御するために、ディスペンサ118のゲートは、圧電印字ヘッド、および/あるいは空気圧バルブ、微小電気機械システム(MEMS)バルブ、ソレノイドバルブ、または電磁バルブのうちの1つもしくは複数によって提供することができる。ディスペンサ118の開口部は、供給材料110の粘度に応じてサイズを調整し、寸法決めすることができる。 Dispenser 118 may include an opening through which feed material 110 is dispensed onto platform 112 by, for example, gravity. In some examples, dispenser 118 can be connected to a reservoir that stores supply material 110 . The release of feed material 110 can be controlled by a gate. Once the dispenser 118 has been translated to the position specified by the CAD compatible file, an electronic control signal can be sent to the gate to dispense the feed material 110 . In some examples, to control the release of feed material 110 from dispenser 118, the gate of dispenser 118 includes a piezoelectric printhead and/or a pneumatic valve, a microelectromechanical system (MEMS) valve, a solenoid valve, or a It can be provided by one or more of the solenoid valves. The opening of the dispenser 118 can be sized and dimensioned according to the viscosity of the feed material 110 .

一部の実施態様では、ディスペンサ118の開口部は、プラットフォーム112の幅またはプラットフォーム112の使用可能な構築領域にわたって延在する。ディスペンサ118は、この場合、順方向および逆方向に移動して、ディスペンサ118の開口部がプラットフォーム112の使用可能な構築領域の任意の部分に沿って供給材料110を供出することを可能にする。場合によっては、開口部は、プラットフォーム112の幅の一部にわたってのみ延在する。その結果、ディスペンサ118は、ディスペンサ118がプラットフォーム112の使用可能な構築領域内に供給材料110を堆積させることができるように、プラットフォーム112の上方の水平面内を移動し、例えば、2つの垂直の水平軸に沿って移動する。 In some implementations, the opening of the dispenser 118 extends across the width of the platform 112 or the usable build area of the platform 112 . Dispenser 118 , in this case, moves forward and backward to allow the opening of dispenser 118 to dispense feed material 110 along any portion of the usable build area of platform 112 . In some cases, the opening extends only partially across the width of platform 112 . As a result, dispenser 118 moves in a horizontal plane above platform 112, such as two vertical horizontal Move along an axis.

ディスペンサ118は、硬化性成分およびセラミック成分を含む供給材料110を供出することができる。供給材料110は、液体、例えば、完全に液体、または液体中の粒子の懸濁液であってもよい。一部の例では、硬化性成分は、液体感光性ポリマーである。感光性ポリマーは、プラットフォーム112に向かって紫外線光を放射すると、放射線源120が感光性ポリマーを硬化するように、紫外放射線に対して感受性がある。感光性ポリマーは、UV光硬化性ポリマーであってもよい。 A dispenser 118 can dispense a feed material 110 that includes curable and ceramic components. Feedstock 110 may be a liquid, eg, completely liquid, or a suspension of particles in a liquid. In some examples, the curable component is a liquid photopolymer. The photosensitive polymer is sensitive to ultraviolet radiation such that radiation source 120 cures the photosensitive polymer when it emits ultraviolet light toward platform 112 . The photopolymer may be a UV photocurable polymer.

また、付加製造モジュール104は、プラットフォーム112に向かって放射線を放射して供給材料110を硬化する放射線源120を含む。一部の実施態様では、放射線源120は、紫外線(UV)光源であり、放射線は、紫外線光である。UV光は、例えば、10nm~400nm(例えば、10~320nm、320~400nm、320nm~360nm、340nm~380nm、380nm~400nm、350nm~370nm、およそ355nm、およそ365nm)の波長を有することができる。選択されたUV光の波長は、UV光硬化性ポリマーとして使用される感光性ポリマーのタイプに対応することができる。 The additive manufacturing module 104 also includes a radiation source 120 that emits radiation toward the platform 112 to cure the feed material 110 . In some implementations, the radiation source 120 is an ultraviolet (UV) light source and the radiation is ultraviolet light. UV light can, for example, have a wavelength of 10 nm to 400 nm (eg, 10 to 320 nm, 320 to 400 nm, 320 nm to 360 nm, 340 nm to 380 nm, 380 nm to 400 nm, 350 nm to 370 nm, approximately 355 nm, approximately 365 nm). The wavelength of UV light selected can correspond to the type of photopolymer used as the UV photocurable polymer.

一部の実施態様では、付加製造モジュール104および/またはディスペンサ118は、供給材料110のいくつかのボクセルを供出して供給材料110の層を形成する。プラットフォーム112上に供出されると、各ボクセルは、例えば、10μm~50μm(例えば、10μm~30μm、20μm~40μm、30μm~50μm、およそ20μm、およそ30μm、またはおよそ50μm)の幅を有することができる。各層は、所定の厚さを有することができる。厚さは、例えば、10μm~125μm(例えば、10μm~20μm、10μm~40μm、40μm~80μm、80μm~125μm、およそ15μm、およそ25μm、およそ60μm、またはおよそ100μm)とすることができる。 In some implementations, additive manufacturing module 104 and/or dispenser 118 dispenses a number of voxels of feed material 110 to form a layer of feed material 110 . When delivered onto platform 112, each voxel can have a width of, for example, 10 μm to 50 μm (eg, 10 μm to 30 μm, 20 μm to 40 μm, 30 μm to 50 μm, approximately 20 μm, approximately 30 μm, or approximately 50 μm). . Each layer can have a predetermined thickness. The thickness can be, for example, 10 μm to 125 μm (eg, 10 μm to 20 μm, 10 μm to 40 μm, 40 μm to 80 μm, 80 μm to 125 μm, approximately 15 μm, approximately 25 μm, approximately 60 μm, or approximately 100 μm).

放射線源120は、各層108がディスペンサ118によって供出されたときにまたは後に、放射線を放射して供給材料110の硬化性成分を硬化することができる。一部の例では、放射線源120は、各層がディスペンサ118によって供出されたときに、硬化性成分を硬化するレーザである。放射線源120は、例えば、プラットフォーム112に向かってUV光のビームを放射するUV光レーザである。UV光のビームは、プラットフォーム112の使用可能な構築領域よりも小さいプラットフォーム112の領域をカバーする。放射線源120がUV光レーザである場合、放射線源120は、複数のUV光のビームを放射して供給材料110の単一の層を硬化することができる。ディスペンサ118が供給材料110の複数の部分を供出して供給材料110の層を形成する場合、放射線源120は、例えば、ディスペンサ118が供給材料110の各部分を供出した後に、UV光のビームを放射する。この部分は、サイズを調整することができ、例えば、放射線源120からの放射線のビームによってカバーされる領域が、所定の数のボクセルによってカバーされる領域よりも大きくなるように、所定の数のボクセルを含むことができる。 Radiation source 120 can emit radiation to cure the curable components of feed material 110 as or after each layer 108 is dispensed by dispenser 118 . In some examples, radiation source 120 is a laser that cures the curable components as each layer is dispensed by dispenser 118 . Radiation source 120 is, for example, a UV light laser that emits a beam of UV light toward platform 112 . The beam of UV light covers an area of platform 112 that is smaller than the usable build area of platform 112 . When radiation source 120 is a UV light laser, radiation source 120 can emit multiple beams of UV light to cure a single layer of feed material 110 . When dispenser 118 dispenses multiple portions of feed material 110 to form layers of feed material 110 , radiation source 120 may, for example, emit a beam of UV light after dispenser 118 dispenses each portion of feed material 110 . radiate. This portion can be sized, for example, by a predetermined number of voxels so that the area covered by the beam of radiation from the radiation source 120 is larger than the area covered by the predetermined number of voxels. It can contain voxels.

他の実施態様では、放射線源120は、作動すると、幅が使用可能な構築領域にわたって延在する領域をカバーする光ビームを放射する。他の実施態様では、放射線源120は、作動すると、使用可能な構築領域全体をカバーする光ビームを放射する。したがって、放射線源120は、各層が供出された後に硬化性成分を硬化することができる。放射線源120は、例えば、UV放射線を放射するUV光ランプとすることができる。放射線源120の作動の際に、放射線源120からの放射された放射線が使用可能な構築領域をカバーする場合、放射線源120は、ディスペンサ118が層の供給材料110をすべて供出した後に、作動することができる。放射線源120からの放射線が構築領域の幅にわたって延在する場合、放射線源120は、層112が供出されたときに水平に走査することができる。 In other embodiments, the radiation source 120, when activated, emits a light beam that covers an area whose width extends over the usable build area. In other embodiments, radiation source 120 emits a light beam that, when activated, covers the entire available build area. Radiation source 120 can thus cure the curable components after each layer is delivered. Radiation source 120 can be, for example, a UV light lamp that emits UV radiation. If the emitted radiation from the radiation source 120 covers the usable build area during activation of the radiation source 120, the radiation source 120 is activated after the dispenser 118 dispenses all of the layer supply material 110. be able to. If the radiation from radiation source 120 extends across the width of the build region, radiation source 120 can scan horizontally as layer 112 is delivered.

セラミック成分は、セラミック部品を形成するセラミック結晶を形成することができる1つまたは複数の材料を含む。セラミック結晶を形成するセラミック成分は、セラミック化合物またはセラミック化合物のための1つもしくは複数の前駆体であってもよい。例えば、セラミック化合物は、液相セラミック前駆体であってもよく、またはセラミック化合物は、製造中に溶解するセラミック粒子であってもよい。供給材料110は、任意選択で、セラミック結晶を形成するセラミック化合物の結晶化を促進するシード結晶を含む。 A ceramic component includes one or more materials that can form ceramic crystals that form a ceramic component. The ceramic component that forms the ceramic crystal may be a ceramic compound or one or more precursors for a ceramic compound. For example, the ceramic compound may be a liquid phase ceramic precursor, or the ceramic compound may be ceramic particles that dissolve during manufacture. The feedstock 110 optionally includes seed crystals that promote crystallization of the ceramic compound to form ceramic crystals.

一部の実施態様では、セラミック部品は、セラミック材料の炭化ケイ素から形成される。したがって、ディスペンサ118は、これらの実施態様において、1つもしくは複数の炭化ケイ素前駆体および/または炭化ケイ素粒子を含む供給材料を供出することができる。炭化ケイ素前駆体は、液相炭化ケイ素前駆体を含むことができる。セラミック部品が炭化ケイ素から形成される場合、炭化ケイ素前駆体は、ポリ(シリルアセチレン)シロキサン、ポリメチルシラン、[SiH1.26(CH3)0.6(CH2CH=CH2)0.14CH2]n、[SiH1.26(CH3)0.6(CH2CH=CH2)0.14CH2]n、およびポリチタニウムカルボシラン(HPTiCS)のうちの1つまたは複数を含むことができる。 In some embodiments, the ceramic component is formed from the ceramic material silicon carbide. Accordingly, dispenser 118 can dispense a feed material comprising one or more silicon carbide precursors and/or silicon carbide particles in these embodiments. The silicon carbide precursor can include a liquid phase silicon carbide precursor. When the ceramic component is formed from silicon carbide, the silicon carbide precursors include poly(silylacetylene)siloxane, polymethylsilane, [SiH1.26(CH3)0.6(CH2CH=CH2)0.14CH2]n, [ SiH1.26(CH3)0.6(CH2CH=CH2)0.14CH2]n, and one or more of polytitanium carbosilane (HPTiCS).

場合によっては、供給材料は、炭化ケイ素の前駆体である炭素源およびケイ素源を含む。適切な条件の下での炭素源およびケイ素源は、炭化ケイ素結晶を形成することができる。炭素源およびケイ素源は、例えば、熱が存在する状態で、炭化ケイ素を形成する。マイクロ波、例えば、マイクロ波モジュール106からのマイクロ波は、炭素源とケイ素源とを反応させて、炭化ケイ素化合物または前駆体を形成することができる。また、マイクロ波は、結果として得られる炭化ケイ素化合物または前駆体の結晶成長を引き起こすことができる。 In some cases, the feedstock includes a carbon source and a silicon source that are precursors of silicon carbide. A carbon source and a silicon source under appropriate conditions can form silicon carbide crystals. A carbon source and a silicon source, for example, form silicon carbide in the presence of heat. Microwaves, such as microwaves from microwave module 106, can react the carbon source and the silicon source to form a silicon carbide compound or precursor. Microwaves can also induce crystal growth of the resulting silicon carbide compound or precursor.

一部の実施態様では、供給材料が別々の炭素源およびケイ素源を含む場合、装置100は、任意選択で、炭化ケイ素を形成するために、供給材料110に熱を加えてケイ素源と炭素源との間で反応を起す熱源を含む。熱源が反応を起こして炭化ケイ素化合物を形成し、次いで、マイクロ波モジュール106が炭化ケイ素化合物の結晶化を引き起こすことができる。 In some embodiments, when the feedstock includes separate carbon and silicon sources, apparatus 100 optionally applies heat to feedstock 110 to form silicon and carbon sources to form silicon carbide. including a heat source that causes a reaction between A heat source can cause a reaction to form a silicon carbide compound, and then microwave module 106 can cause crystallization of the silicon carbide compound.

セラミック結晶を形成し続けるセラミック成分は、放射線源120からの放射線に対して比較的透明にすることができる。加えて、硬化性成分は、放射線源からの放射線に対して感受性のある光開始剤を含んでいるため、硬化放射線は、セラミック成分を結晶化するセラミック成分の化学反応を誘発せずに硬化性成分を硬化することができる。 Ceramic components that continue to form ceramic crystals can be relatively transparent to radiation from radiation source 120 . In addition, the curable component contains a photoinitiator that is sensitive to radiation from the radiation source so that the curing radiation is curable without inducing chemical reactions in the ceramic component that crystallize the ceramic component. Components can be cured.

硬化性成分は、供給材料110の約1質量%~30質量%(例えば、1質量%~3質量%、3質量%~30質量%、10質量%~30質量%、25質量%~30質量%など)とすることができる。セラミック成分は、供給材料110の約10質量%~98質量%(例えば、10質量%~30質量%、30質量%~50質量%、50質量%~75質量%、75質量%~98質量%など)とすることができる。 The curable component comprises about 1% to 30% by weight of the feed material 110 (e.g., 1% to 3%, 3% to 30%, 10% to 30%, 25% to 30%, by weight). %, etc.). The ceramic component comprises about 10% to 98% by weight of the feedstock 110 (e.g., 10% to 30%, 30% to 50%, 50% to 75%, 75% to 98% by weight). etc.).

また、図1および図2に示すように、マイクロ波モジュール106は、プラットフォーム112に向けられたマイクロ波を印加する、制御システム114によって制御可能なマイクロ波源122を含む。マイクロ波は、供給材料110の硬化性成分を気化させることができる。また、マイクロ波は、供給材料110の結晶化を引き起こしてセラミック部品を形成することができる。 Also shown in FIGS. 1 and 2, microwave module 106 includes microwave source 122 controllable by control system 114 that applies microwaves directed at platform 112 . The microwaves can vaporize the curable components of feed material 110 . Microwaves can also cause crystallization of the feed material 110 to form a ceramic component.

一部の例では、マイクロ波は、感光性ポリマーがその硬化状態にあるときに、感光性ポリマーを気化させる。マイクロ波は、供給材料110中のセラミック成分の結晶化を引き起こす。マイクロ波は、セラミック成分の核形成を引き起こすことができる。また、マイクロ波源122は、供給材料110に向かってマイクロ波を放射することによって、マイクロ波に対して透明なセラミック結晶の成長を引き起こすことができる。 In some cases, the microwaves vaporize the photopolymer when it is in its cured state. The microwaves cause crystallization of the ceramic components in feed material 110 . Microwaves can cause nucleation of ceramic components. The microwave source 122 can also cause the growth of microwave transparent ceramic crystals by radiating microwaves toward the feed material 110 .

セラミック結晶の形成を誘発しながらマイクロ波が硬化性成分を気化させることできるためには、硬化性成分とセラミック成分とは、マイクロ波に対する透明度が異なることができる。結晶化中に形成されたセラミック結晶は、硬化性成分が硬化された後、硬化性成分のマイクロ波に対する透明度よりも400%~2000%高いマイクロ波に対する透明度を有することができる。言いかえれば、セラミック結晶は、硬化ポリマーのマイクロ波に対する透明度よりも400%~2000%高いマイクロ波に対する透明度を有することができる。 The curable component and the ceramic component can differ in their transparency to microwaves so that the microwaves can vaporize the curable component while inducing the formation of ceramic crystals. The ceramic crystals formed during crystallization can have a microwave transparency that is 400% to 2000% greater than the microwave transparency of the curable component after the curable component is cured. In other words, the ceramic crystal can have a microwave transparency that is 400% to 2000% higher than the microwave transparency of the cured polymer.

マイクロ波源122によって放射されたマイクロ波は、マイクロ波が広範囲の周波数にわたって変化するように周波数制御することができる。例えば、マイクロ波源122は、マイクロ波の周波数を変調する周波数コントローラ124に接続することができる。一部の例では、周波数コントローラ124は、コントローラ116の一部である。 The microwaves emitted by the microwave source 122 can be frequency controlled such that the microwaves vary over a wide range of frequencies. For example, the microwave source 122 can be connected to a frequency controller 124 that modulates the frequency of the microwaves. In some examples, frequency controller 124 is part of controller 116 .

マイクロ波源122は、マイクロ波源122が所定の周波数範囲内で選択された周波数のそれぞれでマイクロ波を順次放射するように、周波数コントローラ124によって制御することができる。マイクロ波は、例えば、所定の周波数範囲内の100~5000の異なる周波数(例えば、100~3000の異なる周波数、3000~5000の周波数、4000~4200の周波数、およそ4096の周波数)で放射することができる。所定の周波数範囲は、5.8~6.8ギガヘルツである。一部の例では、マイクロ波源122は、およそ25マイクロ秒間、各周波数でマイクロ波を放射する。一部の実施態様では、マイクロ波源122は、5~45マイクロ秒(例えば、5~25マイクロ秒、15~35マイクロ秒、または25~45マイクロ秒)間、各周波数でマイクロ波を放射する。しかしながら、一部の例では、マイクロ波は、固定周波数、例えば、5.8~6.8ギガヘルツで放射することもできる。 Microwave source 122 can be controlled by frequency controller 124 such that microwave source 122 sequentially emits microwaves at each of the selected frequencies within a predetermined frequency range. Microwaves can, for example, radiate at 100-5000 different frequencies within a given frequency range (e.g., 100-3000 different frequencies, 3000-5000 frequencies, 4000-4200 frequencies, approximately 4096 frequencies). can. The predetermined frequency range is 5.8-6.8 Gigahertz. In some examples, microwave source 122 emits microwaves at each frequency for approximately 25 microseconds. In some implementations, the microwave source 122 emits microwaves at each frequency for 5-45 microseconds (eg, 5-25 microseconds, 15-35 microseconds, or 25-45 microseconds). However, in some examples, microwaves can also be emitted at a fixed frequency, eg, 5.8-6.8 gigahertz.

一部の例では、マイクロ波源122によって放射されたマイクロ波は、供給材料110の層内に複数のセラミック結晶を形成させることができる。マイクロ波は、硬化ポリマーを気化させ、結晶化プロセス中に形成された複数のセラミック結晶を焼結するのに十分な熱を供給材料110に加えることができる。したがって、複数のセラミック結晶を一緒に焼結して、セラミック結晶の固体塊を形成することができる。 In some examples, the microwaves emitted by microwave source 122 can cause multiple ceramic crystals to form within the layer of feed material 110 . The microwaves can add sufficient heat to the feed material 110 to vaporize the hardening polymer and sinter the plurality of ceramic crystals formed during the crystallization process. Thus, multiple ceramic crystals can be sintered together to form a solid mass of ceramic crystals.

場合によっては、マイクロ波源122は、プラットフォーム112の使用可能な構築領域全体をカバーするようにマイクロ波を印加する。この場合、付加製造モジュール104が供給材料110の1つまたは複数の層をすべて供出し硬化した後、マイクロ波を印加するようにマイクロ波源122を作動させることができる。任意選択で、付加製造モジュール104が供給材料110の1つまたは複数の層を完成した後であるが、付加製造モジュールが供給材料110の別の層の供出および硬化動作を開始する前に、マイクロ波源122を作動させることができる。一部の実施態様では、マイクロ波源122は、供給材料110の最上層の真下の層を通して結晶成長およびポリマー気化を引き起こすマイクロ波を放射する。そのような場合、供給材料110の複数の層が供出され硬化された後に、マイクロ波源122を作動させることができる。 In some cases, microwave source 122 applies microwaves to cover the entire available build area of platform 112 . In this case, after additive manufacturing module 104 has delivered and cured all of the layer or layers of feed material 110, microwave source 122 may be activated to apply microwaves. Optionally, after the additive manufacturing module 104 completes one or more layers of feed material 110 but before the additive manufacturing module begins dispensing and curing operations for another layer of feed material 110 , the micro A wave source 122 can be activated. In some embodiments, microwave source 122 emits microwaves that cause crystal growth and polymer vaporization through layers immediately below the top layer of feed material 110 . In such cases, microwave source 122 can be activated after multiple layers of feed material 110 have been dispensed and cured.

一部の実施態様では、付加製造モジュール104およびマイクロ波モジュール106は両方とも、モジュール104、106をプラットフォーム112に対して水平に移動させる線形アクチュエータに結合されている。プラットフォーム112は、モジュール104、106がプラットフォーム112に対してエンクロージャ102を通って移動するとき、エンクロージャ102内の水平位置に保持することができる。 In some embodiments, both additive manufacturing module 104 and microwave module 106 are coupled to linear actuators that move modules 104 , 106 horizontally relative to platform 112 . Platform 112 can be held in a horizontal position within enclosure 102 as modules 104 , 106 are moved through enclosure 102 relative to platform 112 .

マイクロ波源122は、プラットフォーム112に対して移動可能である。一部の例では、プラットフォーム112は、エンクロージャ102を通ってプラットフォーム112を移動させることができる線形アクチュエータに結合されている。付加製造モジュール104が層108を供出し硬化した後、線形アクチュエータは、プラットフォーム112を付加製造モジュール104の下からマイクロ波モジュール106の下に移動させて、マイクロ波モジュール106からマイクロ波を受け取るように層108を準備することができる。 Microwave source 122 is moveable relative to platform 112 . In some examples, platform 112 is coupled to a linear actuator that can move platform 112 through enclosure 102 . After additive manufacturing module 104 dispenses and cures layer 108 , linear actuator moves platform 112 from under additive manufacturing module 104 to under microwave module 106 to receive microwaves from microwave module 106 . A layer 108 can be provided.

マイクロ波源122は、任意選択で、マイクロ波ホーン125を通してマイクロ波を放射して、プラットフォーム112の長さおよび幅にわたってマイクロ波を向ける。図3A~図3Eは、マイクロ波源122と共に使用することができるマイクロ波ホーン125a~125eの様々な例を表す。マイクロ波ホーン125a~125eは、ホーンのように成形されたフレア状金属導波管を含み、マイクロ波をビームでプラットフォーム112に向ける。ホーン125a~125eは、マイクロ波源122によって放射されたマイクロ波をプラットフォーム112の一部に誘導するように成形することができる。フレア状金属導波管の端部の開孔は、ホーン125a~125eの口部での電場(E場)および磁場(H場)のパターンを決定することができる。マイクロ波ホーン125a~125は、広範囲のマイクロ波ビームプロファイルの放射を可能にするために、E場およびH場方向に異なるフレア角ならびに異なる膨張曲線(例えば、楕円、双曲線、および他の膨張曲線)を有することができる。 Microwave source 122 optionally emits microwaves through microwave horn 125 to direct the microwaves across the length and width of platform 112 . 3A-3E represent various examples of microwave horns 125a-125e that can be used with microwave source 122. FIG. Microwave horns 125 a - 125 e include flared metal waveguides shaped like horns to direct microwaves in beams toward platform 112 . Horns 125 a - 125 e may be shaped to direct microwaves emitted by microwave source 122 to portions of platform 112 . Apertures at the ends of the flared metal waveguides can determine the pattern of electric (E-field) and magnetic (H-field) fields at the mouths of horns 125a-125e. The microwave horns 125a-125 have different flare angles and different expansion curves (eg, elliptical, hyperbolic, and other expansion curves) in the E and H field directions to enable emission of a wide range of microwave beam profiles. can have

図3Aは、矩形断面が外向きにフレア状に広がった四角錐の形状を有する角錐ホーン125aを表す。角錐ホーン125aは、矩形導波管と共に使用され、直線偏波された電波を放射することができる。図3Bは、導波管の電場すなわちE場の方向にフレア状に広げられたE面ホーン125bを表す。図3Cは、扇形ホーンであるH面ホーン125cを表す。扇形ホーンは、一対の側面のみがフレア状に広げられ、もう一対の側面が平行な角錐ホーンである。扇形ホーンは、扇形ビームを生成し、このビームはフレア状に広げられた側面の面内では狭く、狭い側面の面内では広い。H面ホーン125cは、導波管内のH場の方向にフレア状に広げられた扇形ホーンである。図3Dは、円錐の形状が円形断面を有する円錐ホーン125dを表す。円錐ホーン125dは、円筒導波管と共に使用することができる。図3Eは、側面の離隔距離が長さの指数関数として増加する、湾曲した側面を有する指数関数的またはスカラホーン125eを表す。スカラホーン125eは、角錐形または円錐形の断面を有することができる。スカラホーン125eは、広い周波数範囲にわたって、最小の内部反射、ほとんど一定のインピーダンス、および他の特性を有することができる。 FIG. 3A depicts a pyramidal horn 125a having the shape of a square pyramid with a rectangular cross-section flared outward. Pyramidal horn 125a can be used with a rectangular waveguide to emit linearly polarized radio waves. FIG. 3B represents an E-plane horn 125b flared in the direction of the waveguide's electric or E-field. FIG. 3C represents H-plane horn 125c, which is a sector horn. A sector horn is a pyramidal horn with only one pair of sides flared and the other pair of sides parallel. The fan horn produces a fan beam that is narrow in the plane of the flared sides and wide in the plane of the narrow sides. H-plane horn 125c is a fan-shaped horn flared in the direction of the H-field in the waveguide. FIG. 3D represents a conical horn 125d whose conical shape has a circular cross-section. Conical horn 125d can be used with a cylindrical waveguide. FIG. 3E represents an exponential or scalar horn 125e with curved sides in which the side separation increases as an exponential function of length. Scara horn 125e can have a pyramidal or conical cross-section. The scalar horn 125e can have minimal internal reflection, nearly constant impedance, and other characteristics over a wide frequency range.

任意選択で、装置100は、供給材料110が付加製造モジュール104およびマイクロ波モジュール106によって行われる様々なプロセスを経るときに、供給材料110の特性を検出する検知システム126も含む。検知システム126は、光センサ128を含むことができる。センサ128は、例えば、プラットフォーム112上の供給材料110によって放射された赤外線を検出する赤外線センサ128である。センサ128は、例えば、供給材料110の層108の温度を決定し、制御システム114がモジュール104、106の動作をモニタすることを可能にする。一部の例では、センサ128は、プラットフォーム112上の供給材料110の表面テクスチャを決定するために使用することができる赤外線エミッタおよび検知器である。 Optionally, apparatus 100 also includes sensing system 126 that detects properties of feed material 110 as feed material 110 undergoes various processes performed by additive manufacturing module 104 and microwave module 106 . Sensing system 126 may include optical sensor 128 . Sensor 128 is, for example, an infrared sensor 128 that detects infrared radiation emitted by feed material 110 on platform 112 . Sensor 128 , for example, determines the temperature of layer 108 of feed material 110 and allows control system 114 to monitor the operation of modules 104 , 106 . In some examples, sensor 128 is an infrared emitter and detector that can be used to determine the surface texture of feed material 110 on platform 112 .

一部の実施態様では、装置100は、エンクロージャ102に沿って、供給材料110の光学的モニタを可能にする窓130を含む。窓130は、例えば、ファラデーケージを提供する導電性メッシュを有する石英窓とすることができる。これによって、窓130をマイクロ波モジュール106によって放射されたマイクロ波に対して不透明にすることができる。石英は、マイクロ波に対して透明であるが、ファラデーケージは、マイクロ波が窓130を通り抜けるのを阻止する。この点に関して、窓130は、マイクロ波が装置100の外部の環境へ逃げることを可能にすることなく、光学的モニタを可能にする。一部の例では、光センサ128は、エンクロージャ102の外側に配置され、窓130を通してプラットフォーム112に向かって光信号を放射することができる。したがって、窓130は、光センサ128によって放射された光信号に対して透明であるが、マイクロ波モジュール106によって放射されたマイクロ波に対しては不透明になり得る。窓130は、例えば、光センサによって放射された赤外光に対して透明である。 In some embodiments, apparatus 100 includes windows 130 along enclosure 102 that allow optical monitoring of feed material 110 . Window 130 can be, for example, a quartz window with a conductive mesh that provides a Faraday cage. This allows window 130 to be opaque to the microwaves emitted by microwave module 106 . Quartz is transparent to microwaves, but the Faraday cage blocks microwaves from passing through window 130 . In this regard, window 130 allows optical monitoring without allowing microwaves to escape to the environment outside device 100 . In some examples, optical sensor 128 may be positioned outside enclosure 102 and emit an optical signal toward platform 112 through window 130 . Thus, window 130 may be transparent to optical signals emitted by optical sensor 128 but opaque to microwaves emitted by microwave module 106 . Window 130 is transparent, for example, to the infrared light emitted by the photosensor.

コントローラ116は、付加製造モジュール104を動作させて供給材料110の複数の層108を供出し硬化し、それによって、供給材料110の層108の中間状態を形成する。この中間状態において、供給材料110の層108は、供給材料110の構造および形状寸法を安定化させる硬化ポリマーを含む。コントローラ116は、複数の層108が供出され硬化された後、マイクロ波モジュール106を動作させて硬化ポリマーを気化させ、供給材料110の結晶化を引き起こす。硬化ポリマーが気化するため、コントローラ116がマイクロ波モジュール106を動作させた後に、供給材料110の結晶化から形成されたセラミック結晶が残る。所与の層に対して、残留するセラミック結晶がセラミック部品の一部を形成する。 Controller 116 operates additive manufacturing module 104 to dispense and cure multiple layers 108 of feed material 110 , thereby forming an intermediate state of layers 108 of feed material 110 . In this intermediate state, layer 108 of feed material 110 comprises a cured polymer that stabilizes the structure and geometry of feed material 110 . The controller 116 operates the microwave module 106 to vaporize the cured polymer and cause the feed material 110 to crystallize after the multiple layers 108 have been delivered and cured. Ceramic crystals formed from the crystallization of the feed material 110 remain after the controller 116 operates the microwave module 106 because the cured polymer is vaporized. For a given layer, the remaining ceramic crystals form part of the ceramic component.

一部の実施態様では、制御システム114は、セラミック部品を形成するために、コンピュータ支援設計(CAD)互換ファイルを使用して付加製造モジュール104および/またはマイクロ波モジュール106を制御する。例えば、付加製造モジュール104は、CAD互換ファイルとして非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶することができる印刷パターンに従って、プラットフォーム112上の所定の位置に供給材料110を選択的に供出することができる。場合によっては、付加製造モジュール104は、CAD互換ファイルにおいて決定された印刷パターンに基づいてプラットフォーム112上の所定の位置で供給材料を選択的に硬化することができる。任意選択で、マイクロ波モジュール106は、CAD互換ファイルからの命令に従ってマイクロ波も印加する。
付加製造装置を使用する方法
In some implementations, the control system 114 controls the additive manufacturing module 104 and/or the microwave module 106 using computer aided design (CAD) compatible files to form the ceramic part. For example, additive manufacturing module 104 can selectively dispense feedstock 110 to predetermined locations on platform 112 according to a printed pattern, which can be stored in a non-transitory computer-readable medium as a CAD compatible file. In some cases, the additive manufacturing module 104 can selectively cure the feedstock at predetermined locations on the platform 112 based on the print pattern determined in the CAD compatible file. Optionally, microwave module 106 also applies microwaves according to instructions from a CAD compatible file.
How to use additive manufacturing equipment

本明細書に記載された付加製造装置100および他の装置は、セラミック部品を生成するために付加製造プロセスを行うことができる。制御システム114は、例えば、付加製造モジュール104、マイクロ波モジュール106、およびプラットフォーム112の動作を制御して、供給材料110を供出し、硬化し、結晶化させる。一部の例では、制御システム114は、ディスペンサ118、放射線源120、およびマイクロ波源122の動作を制御することができる。図4は、供給材料を供出し、硬化し、結晶化させるプロセス400を表す流れ図である。プロセス400は、例えば、付加製造装置100を制御して供給材料110を供出し、硬化し、結晶化させる制御システム114によって実施される。 The additive manufacturing apparatus 100 and other apparatuses described herein can perform additive manufacturing processes to produce ceramic parts. Control system 114 controls the operation of additive manufacturing module 104 , microwave module 106 , and platform 112 , for example, to dispense, cure, and crystallize feed material 110 . In some examples, control system 114 may control the operation of dispenser 118 , radiation source 120 , and microwave source 122 . FIG. 4 is a flow diagram representing a process 400 of dispensing, curing, and crystallizing feedstock. Process 400 is performed, for example, by control system 114 that controls additive manufacturing apparatus 100 to dispense, cure, and crystallize feed material 110 .

プロセス400は、供出されている供給材料の第1の層から始まる(400A)。例えば、動作400Aでは、制御システム114は、供給材料110の層を供出するために付加製造モジュール104を動作させる(400A)。制御システム114は、付加製造モジュール104のディスペンサ118を制御して供給材料110の層を供出することができる。供給材料110の第1の層をプラットフォーム112上に均一に供出することができる(400A)。 Process 400 begins with a first layer of feedstock being dispensed (400A). For example, in operation 400A, control system 114 operates additive manufacturing module 104 to dispense a layer of feed material 110 (400A). Control system 114 may control dispenser 118 of additive manufacturing module 104 to dispense a layer of feed material 110 . A first layer of feed material 110 can be dispensed uniformly onto platform 112 (400A).

次いで、供給材料の第1の層は、紫外線光の印加によって硬化される(400B)。制御システム114は、例えば、付加製造モジュール104を動作させてプラットフォーム112に向かって紫外線光を放射して、動作400Aで供出された供給材料110の第1の層を硬化させ、それによって、供給材料110を安定化させる。制御システム114は、付加製造モジュール104の放射線源120を動作させて放射線を放射し、供給材料110の硬化性成分を硬化することができる。 The first layer of feed material is then cured (400B) by application of ultraviolet light. Control system 114, for example, operates additive manufacturing module 104 to emit ultraviolet light toward platform 112 to cure the first layer of feed material 110 dispensed in operation 400A, thereby curing the feed material. 110 is stabilized. Control system 114 may operate radiation source 120 of additive manufacturing module 104 to emit radiation to cure the curable component of feed material 110 .

次いで、供給材料の第2の層が供出される(400C)。制御システム114は、ディスペンサ118を制御することによって供給材料110の層を供出するように付加製造モジュール104を制御し続ける(400C)。第2の層を供出する前に(400C)、制御システム114は、プラットフォーム112および/またはディスペンサ118に結合されたアクチュエータを制御して、プラットフォーム112に対するディスペンサ118の垂直位置を変更することができる。特に、制御システム114は、ディスペンサ118が、供出された第1の層の上方に配置され、第1の層の上に第2の層を供出することができるように、ディスペンサ118とプラットフォーム112との間の距離を増加させるようにアクチュエータを制御することができる。 A second layer of feed material is then dispensed (400C). Control system 114 continues to control additive manufacturing module 104 to dispense a layer of feed material 110 by controlling dispenser 118 (400C). Prior to dispensing 400C the second layer, control system 114 may control actuators coupled to platform 112 and/or dispenser 118 to change the vertical position of dispenser 118 relative to platform 112 . In particular, the control system 114 controls the dispenser 118 and the platform 112 such that the dispenser 118 is positioned above the first layer that has been dispensed so that the second layer can be dispensed on top of the first layer. The actuator can be controlled to increase the distance between

一部の例で、供出動作400Aおよび印加動作400Bは、供出動作400Cが実行される前に数回繰り返すことができる。例えば、放射線源120がUV光レーザである場合、制御システム114は、供出動作および印加動作400Bを順次実行して供給材料110の第1の層の一部を供出し硬化することができる。これらの動作400A、400Bの繰り返しによって、制御システム114は、付加製造モジュール104を動作させて供給材料110の第1の層全体を供出し硬化することができる。例えば、放射線源120は、供給材料110の所定の数のボクセルを供出することができ、供給材料110の所定の数のボクセルは、供給材料110の層の一部を形成することができる。供給材料110の層の一部は、放射線源120からの光ビームが全領域をカバーすることができるように十分に小さな領域を有することができる。一部の例では、放射線源120は、使用可能な構築領域全体をカバーする光ビームを放射する。そのような場合、制御システム114は、供出動作400Aを実行して供給材料110の第1の層全体を供出し、次いで、印加動作400Bを実行して供給材料110の第1の層全体を一度に硬化する。 In some examples, dispense operation 400A and apply operation 400B may be repeated several times before dispense operation 400C is performed. For example, if the radiation source 120 is a UV light laser, the control system 114 can sequentially perform the dispense and apply operations 400B to dispense and cure a portion of the first layer of the feed material 110 . By repeating these operations 400A, 400B, the control system 114 may operate the additive manufacturing module 104 to dispense and cure the entire first layer of feed material 110 . For example, the radiation source 120 can deliver a predetermined number of voxels of the feed material 110, and the predetermined number of voxels of the feed material 110 can form part of a layer of the feed material 110. . A portion of the layer of feed material 110 can have a sufficiently small area so that the light beam from radiation source 120 can cover the entire area. In some examples, radiation source 120 emits a light beam that covers the entire available build area. In such a case, control system 114 performs dispense operation 400A to dispense the entire first layer of feed material 110 and then performs application operation 400B to dispense the entire first layer of feed material 110 once. hardens to

供給材料の第2の層が供出された後(400C)、UV放射線が供給材料の第2の層に印加される(400D)。印加動作400Bと同様に、印加動作400Dは、付加製造モジュール104および/または放射線源120の動作を含むことができる。 After the second layer of feed material is delivered (400C), UV radiation is applied to the second layer of feed material (400D). Similar to application operation 400B, application operation 400D may include operation of additive manufacturing module 104 and/or radiation source 120 .

一部の例では、放射線源120によって放射された放射線は、最上層ならびに最上層の下にある層の供給材料110の硬化プロセスを誘発することができる。その結果、第1の供出動作400A、第1の印加動作400B、第2の供出動作400C、および第2の印加動作400Dを順次実行する代わりに、制御システム114は、付加製造モジュール104を制御して第1の供出動作400Aおよび第2の供出動作400Cを順次実行する。次いで、制御システム114は、供給材料の第1および第2の層両方の供給材料110を、例えば、同時に硬化する単一の印加動作400B、400Dを行う。 In some examples, the radiation emitted by the radiation source 120 can induce a curing process of the feed material 110 of the top layer as well as the layers below the top layer. As a result, instead of sequentially performing first dispensing operation 400A, first applying operation 400B, second dispensing operation 400C, and second applying operation 400D, control system 114 controls additive manufacturing module 104. , the first delivery operation 400A and the second delivery operation 400C are sequentially performed. The control system 114 then performs a single application operation 400B, 400D that cures both the first and second layers of feed material 110, eg, simultaneously.

供給材料110の第1の層および第2の層が供出され(400A、400C)、紫外線光が第1および第2の層を硬化するために印加された後(400B、400D)、マイクロ波が第1および第2の層に印加される(400E)。制御システム114は、例えば、マイクロ波モジュール106を動作させてプラットフォーム112に向かってマイクロ波を放射する。マイクロ波は、上記したように、供給材料110のセラミック成分の結晶化を引き起こし、供給材料110の硬化性成分を気化させる。したがって、制御システム114は、マイクロ波のそれぞれの印加(400E)の間に、ディスペンサ118に供給材料110の少なくとも2つの層を供出させることができる(400A、400C)。したがって、マイクロ波は、供給材料110の2つ以上の層の硬化性成分を同時に気化させて、供給材料110の2つ以上の層のセラミック成分を同時に結晶化することができる。セラミック成分の結晶化は、セラミック部品を形成するセラミック結晶の形成をもたらす。 After the first and second layers of feed material 110 are delivered (400A, 400C) and UV light is applied to cure the first and second layers (400B, 400D), microwaves are applied. 400E is applied to the first and second layers. Control system 114 , for example, operates microwave module 106 to radiate microwaves toward platform 112 . The microwaves cause the ceramic component of the feed material 110 to crystallize and the curable component of the feed material 110 to vaporize, as described above. Accordingly, control system 114 may cause dispenser 118 to dispense at least two layers of feed material 110 (400A, 400C) between each application of microwaves (400E). Thus, the microwaves can simultaneously vaporize the curable components of two or more layers of feed material 110 and crystallize the ceramic components of two or more layers of feed material 110 simultaneously. Crystallization of the ceramic component results in the formation of ceramic crystals that form the ceramic component.

一部の例では、動作400A~400Dは、付加製造モジュール104を使用し、動作400Eは、マイクロ波モジュール106を使用する。したがって、動作400A~400Dでは、制御システム114は、付加製造モジュール104が供給材料110をプラットフォーム112上に供出し、UV光をプラットフォーム112に向けることができるように、プラットフォーム112、付加製造モジュール104、およびマイクロ波モジュール106を制御することができる。付加製造モジュール104は、供給材料110を供出し、UV光をプラットフォーム112に向けることができるが、マイクロ波モジュール106は、マイクロ波をプラットフォーム112に向かって放射することができないように、プラットフォーム112に対して配置され得る。制御システム114は、例えば、ディスペンサ118および/または放射線源120、プラットフォーム112、ならびにマイクロ波源122のうちの1つまたは複数に結合された1つもしくは複数の線形アクチュエータを制御することができる。これらの場合、動作400Eに備えて、制御システム114は、マイクロ波モジュール106がマイクロ波をプラットフォーム112に向かって放射することができるように、モジュール104、106および/またはプラットフォーム112を動作させることができる。付加製造モジュール104は、付加製造モジュール104がプラットフォーム112上に供給材料110を供出し硬化することができないように、プラットフォーム112に対して配置することもできる。 In some examples, operations 400A-400D use additive manufacturing module 104 and operation 400E uses microwave module . Accordingly, in operations 400A-400D, control system 114 controls platform 112, additive manufacturing module 104, and microwave module 106 can be controlled. The additive manufacturing module 104 can dispense feedstock 110 and direct UV light to the platform 112 , while the microwave module 106 can direct microwaves to the platform 112 so that it cannot emit microwaves toward the platform 112 . can be placed against Control system 114 may control, for example, dispenser 118 and/or one or more linear actuators coupled to one or more of radiation source 120 , platform 112 , and microwave source 122 . In these cases, in preparation for operation 400 E, control system 114 may operate modules 104 , 106 and/or platform 112 such that microwave module 106 may radiate microwaves toward platform 112 . can. The additive manufacturing module 104 may also be positioned with respect to the platform 112 such that the additive manufacturing module 104 cannot dispense and cure the feed material 110 on the platform 112 .

図4に表されたプロセス400では、複数の層が供出され硬化された後、マイクロ波が印加される(400E)。一部の例では、マイクロ波は、供給材料110の各層が供出され硬化された後、印加される。 In the process 400 depicted in FIG. 4, microwaves are applied (400E) after multiple layers have been delivered and cured. In some examples, microwaves are applied after each layer of feed material 110 is dispensed and cured.

一部の例では、セラミック部品は、供給材料110の2つの層から形成され、したがって、動作400A~400Eのみが必要な場合がある。動作400A~400Eのみが示されているが、プロセス400は、供給材料110の3つ以上の層が供出され、硬化され、結晶化されるように複数回繰り返すことができる。供出(400A、400C)、UV光の印加(400B、400D)、およびマイクロ波の印加(400E)動作を繰り返して、供給材料110の3つ以上の層から形成されたセラミック部品を生成することができる。 In some examples, the ceramic component may be formed from two layers of feed material 110, so only operations 400A-400E may be required. Although only operations 400A-400E are shown, process 400 can be repeated multiple times such that more than two layers of feed material 110 are dispensed, cured, and crystallized. The actions of delivering (400A, 400C), applying UV light (400B, 400D), and applying microwaves (400E) can be repeated to produce a ceramic part formed from three or more layers of feed material 110. can.

供給材料110の3つ以上の層が供出され、硬化される一部の例では、制御システム114は、付加製造モジュール104を制御して供給材料110の各層の硬化性成分を供出し硬化することができる。供出されるすべての層に対して供給材料110を供出し硬化した後、制御システム114は、マイクロ波モジュール106を制御して、マイクロ波を印加してすべての層の硬化性成分を同時に気化させることができる。したがって、この場合、マイクロ波は、最上層および最上層の真下の少なくとも2つの層を貫通することができる。 In some examples where three or more layers of feed material 110 are dispensed and cured, control system 114 controls additive manufacturing module 104 to dispense and cure the curable components of each layer of feed material 110 . can be done. After dispensing and curing feed material 110 for all layers to be dispensed, control system 114 controls microwave module 106 to apply microwaves to simultaneously vaporize the curable components of all layers. be able to. Thus, in this case, microwaves can penetrate the top layer and at least two layers directly below the top layer.

付加製造装置100の一部の実施態様では、本明細書に記載されるように、付加製造モジュール104およびディスペンサ118は、単一のタイプの供給材料110をプラットフォーム112上に供出することができる。任意選択で、付加製造モジュール104およびディスペンサ118は、さらなるタイプの供給材料を供出する。ディスペンサ118は、第1の供給材料および第2の供給材料の両方を供出することができる。第1の供給材料は、ディスペンサ118の第1の開口部から供出され、第2の供給材料は、ディスペンサ118の第2の開口部から供出され得る。 In some implementations of additive manufacturing apparatus 100, additive manufacturing module 104 and dispenser 118 can dispense a single type of feed material 110 onto platform 112, as described herein. Optionally, additive manufacturing module 104 and dispenser 118 dispense additional types of feed materials. Dispenser 118 can dispense both the first feed material and the second feed material. A first feed material may be dispensed from a first opening of dispenser 118 and a second feed material may be dispensed from a second opening of dispenser 118 .

2つの供給材料はそれぞれ、硬化性成分およびセラミック成分を含む。第1および第2の供給材料は、第1の供給材料が、第2の供給材料中のセラミック成分の密度よりも大きなセラミック成分の密度を含むことができるという点で異なる。第1の供給材料中の硬化性成分に対するセラミック成分の比は、第2の供給材料中の硬化性成分に対するセラミック成分の比とは異なる。一部の例では、第1の供給材料の比は、第2の供給材料の比よりも600%~1000%大きい。 Each of the two feedstocks contains a curable component and a ceramic component. The first and second feedstocks differ in that the first feedstock can contain a density of ceramic components that is greater than the density of the ceramic components in the second feedstock. The ratio of ceramic component to curable component in the first feedstock is different than the ratio of ceramic component to curable component in the second feedstock. In some examples, the ratio of the first feedstock is 600% to 1000% greater than the ratio of the second feedstock.

第1の供給材料では、セラミック成分に対する硬化性成分の質量比が、1~10と1~3との間にあってもよい。第2の供給材料では、セラミック成分に対する硬化性成分の質量比が、1~3と1~1との間にあってもよい。第1の供給材料中のセラミック成分に対する硬化性成分の比は、第2の供給材料中のセラミック成分に対する硬化性成分の比よりも10%~1000%(例えば、10%~200%、200%~600%、600%~1000%)大きくすることができる。 In the first feedstock, the mass ratio of curable component to ceramic component may be between 1-10 and 1-3. In the second feedstock, the mass ratio of curable component to ceramic component may be between 1-3 and 1-1. The ratio of curable components to ceramic components in the first feedstock is 10% to 1000% (eg, 10% to 200%, 200% higher than the ratio of curable components to ceramic components in the second feedstock). ~600%, 600%-1000%) can be increased.

一部の例では、第1の供給材料のセラミック成分は、ポリメチルシランを含み、第2の供給材料のセラミック成分は、[CH3(CH=CH)SiO]4を含む。一部の例では、第1の供給材料のセラミック成分は、[SiH1.26(CH3)0.6(CH2CH=CH2)0.14CH2]nを含み、第2の供給材料のセラミック成分は、Cp2TiCl2および/またはビニールフェロセンを含む。 In some examples, the ceramic component of the first feedstock comprises polymethylsilane and the ceramic component of the second feedstock comprises [CH3(CH=CH)SiO]4. In some examples, the ceramic component of the first feedstock comprises [SiH1.26(CH3)0.6(CH2CH=CH2)0.14CH2]n and the ceramic component of the second feedstock comprises Cp2TiCl2 and/or vinylferrocene.

1つの供給材料のみが使用される場合、結晶化速度を増加させ、結晶化の均一性を改善するために、供給材料は、セラミック結晶スピードを含むことができる。2つ以上の供給材料が使用される場合、任意選択で、供給材料の1つまたは両方がセラミック結晶シードを含む。2つの供給材料は、異なる密度のセラミック結晶シードを含むことができる。第1および第3の層に供出される第1の供給材料は、第2の層に供出される第2の供給材料のセラミック結晶シードの密度よりも大きなセラミック結晶シードの密度を有することができる。一部の実施態様では、第1の供給材料は、セラミック結晶シードを含むが、第2の供給材料は、セラミック結晶シードを含まない。 If only one feedstock is used, the feedstock can include a ceramic crystallite speed to increase crystallization rate and improve crystallization uniformity. If more than one feedstock is used, optionally one or both of the feedstocks contain ceramic crystal seeds. The two feedstocks can contain different densities of ceramic crystal seeds. The first feedstock delivered to the first and third layers can have a ceramic crystalline seed density that is greater than the ceramic crystalline seed density of the second feedstock delivered to the second layer. . In some embodiments, the first feedstock comprises ceramic crystal seeds and the second feedstock does not comprise ceramic crystal seeds.

第1の供給材料は、第2の供給材料中のセラミック成分の割合よりも大きなセラミック成分の割合を有するため、第1の供給材料の結晶化は、第2の供給材料の結晶化から形成されたセラミック結晶よりも大きなセラミック結晶をもたらすことができる。付加製造装置100は、第1および第2の供給材料のセラミック結晶間の粒径の差を利用して、供給材料の層間の結合および焼結を促進することができる。層間の粒径の不均質性は、供給材料の層間の結合の強度を向上させることができる。図5Aおよび図5Bは、2つのタイプの供給材料を使用するプロセス500の例を示す。特に、図5Aは、供出動作および印加動作のグラフ、ならびにこれらの動作のそれぞれを実行するための相対的な持続時間を概略的に表す。図5Bは、プロセス500の流れ図を示す。 The crystallization of the first feedstock is formed from the crystallization of the second feedstock because the first feedstock has a ceramic component proportion greater than the ceramic component proportion in the second feedstock. This can result in ceramic crystals that are larger than ceramic crystals. The additive manufacturing equipment 100 can take advantage of the difference in grain size between the ceramic crystallites of the first and second feedstocks to facilitate bonding and sintering between the layers of the feedstocks. Particle size heterogeneity between layers can improve the strength of the bond between the layers of the feedstock. Figures 5A and 5B show an example process 500 using two types of feedstock. In particular, FIG. 5A schematically represents a graph of delivery and application operations and relative durations for performing each of these operations. FIG. 5B shows a flow diagram of process 500 .

プロセス500は、供給材料の第1の層が供出されることから始まる(500A)。第1の層は、第1の供給材料から形成される。次いで、UV放射線が第1の供給材料の第1の層に印加される(500B)。次いで、供給材料の第2の層が供出される(500C)。第2の層は、第2の供給材料から形成される。次いで、UV放射線が第2の供給材料の第2の層に印加される(500D)。最後に、供給材料の第3の層が供出され(500E)、第3の層は、第1の供給材料から形成される。次いで、UV放射線が第3の供給材料の第3の層に印加される(500F)。動作500Gでは、マイクロ波が印加され、第1の層、第2の層、および第3の層のそれぞれにおける供給材料中のセラミック成分の結晶化を引き起こす。供出動作500A、500C、500Eは、供出動作500Cにおいて供出される供給材料が動作500A、500Eにおいて供出される供給材料と異なる以外は、本明細書に記載された供出動作400A、400Cと類似しているが、動作400A、400Cにおいて供出される供給材料は、同じである。 Process 500 begins with a first layer of feed material being dispensed (500A). A first layer is formed from a first feedstock. UV radiation is then applied to the first layer of the first feed material (500B). A second layer of feed material is then dispensed (500C). A second layer is formed from a second feedstock. UV radiation is then applied to the second layer of the second feed material (500D). Finally, a third layer of feedstock is delivered (500E), the third layer being formed from the first feedstock. UV radiation is then applied (500F) to the third layer of the third feed material. In operation 500G, microwaves are applied to cause crystallization of the ceramic components in the feedstock in each of the first, second and third layers. Dispensing operations 500A, 500C, 500E are similar to dispensing operations 400A, 400C described herein, except that the feed material dispensed in dispensing operation 500C is different than the feed material dispensed in operations 500A, 500E. However, the feed material delivered in operations 400A, 400C is the same.

図5Aに示すように、これらの動作500A~500Fのそれぞれに対する動作時間は、同様であってもよい。動作500Gの動作時間は、動作500A~500Fの各動作時間の動作時間よりも相対的に長くてもよい。動作500A~500Fはそれぞれ、単一層中の供給材料を供出し硬化することに限定されているが、動作500Gは、複数の層に対してマイクロ波を印加する必要があるため、動作500Gは、マイクロ波が、第1の層、第2の層、および第3の層のそれぞれの内部で十分な結晶化を引き起こすことができるように、より長い動作時間を必要とする場合がある。動作500Gの動作時間は、動作500A~500Fそれぞれの動作時間よりも2~40倍長くてもよい。一部の例では、UV放射線が印加される持続時間は、1層につき0.01平方メートル当たり0.1秒から1層につき0.01平方メートル当たり1秒とすることができる。場合によっては、マイクロ波が印加される持続時間は、層数に依存しない。持続時間は、例えば、1秒~20秒とすることができる。 As shown in FIG. 5A, the operation times for each of these operations 500A-500F may be similar. The operating time of action 500G may be relatively longer than the operating time of each of actions 500A-500F. Operations 500A-500F are each limited to dispensing and curing the feed material in a single layer, whereas operation 500G requires the application of microwaves to multiple layers, so operation 500G A longer operating time may be required so that the microwaves can induce sufficient crystallization within each of the first, second and third layers. The operation time of operation 500G may be 2-40 times longer than the operation time of each of operations 500A-500F. In some examples, the duration for which UV radiation is applied can be from 0.1 seconds per 0.01 square meters per layer to 1 second per 0.01 square meters per layer. In some cases, the duration for which microwaves are applied is independent of the number of layers. The duration can be, for example, 1 second to 20 seconds.

連続動作500A~500Fによって、第2の供給材料から形成された第2の層を第1の供給材料から形成され2つの層の間に挟むことができる。特に、(動作500Aおよび500Bにおいて供出され硬化された)第1の供給材料の第1の層は、(動作500Cおよび500Dにおいて供出され硬化された)第2の供給材料の第2の層の下方にある。(動作500Eおよび500Fにおいて供出され硬化された)第1の供給材料の第3の層は、第2の供給材料の第2の層の上方にある。2つの供給材料のこの配置によって、結果としてセラミック成分のより高い密度の2つの層の間に配置されたセラミック成分のより低い密度を有する供給材料の層が得られる。 Continuous operations 500A-500F allow a second layer formed from a second feed material to be sandwiched between two layers formed from a first feed material. In particular, the first layer of the first feed material (dispensed and cured in operations 500A and 500B) is below the second layer of the second feed material (dispensed and cured in operations 500C and 500D). It is in. A third layer of the first feed material (dispensed and cured in operations 500E and 500F) is above the second layer of the second feed material. This arrangement of two feedstocks results in a layer of feedstock having a lower density of ceramic component disposed between two layers of higher density of ceramic component.

マイクロ波源122がマイクロ波を第1の層、第2の層、および第3の層に印加すると(500G)、マイクロ波源122は、マイクロ波を印加することによって、第1および第2の供給材料のセラミック成分の結晶化を引き起こし、それによって、第1の層、第2の層、および第3の層のそれぞれにおいて結晶化を引き起こすことができる。セラミック成分のより低い密度を有する層、すなわち第2の層は、セラミック成分のより高い密度を有する2つ層、すなわち第1および第3の層に形成されたセラミック結晶に比べてより小さなセラミック結晶を形成する。第1および第3の層に形成されたセラミック結晶は、第2の層に形成されたセラミック結晶よりも、例えば、300%~2000%大きい(第2の層に形成されたセラミック結晶よりも、例えば、300%~1200%、400%~2000%、1200%~2000%大きい)。セラミック結晶のサイズの比は、第1および第2の供給材料におけるセラミック成分の密度の差に依存し得る。 When the microwave source 122 applies microwaves to the first layer, the second layer, and the third layer (500 G), the microwave source 122 applies microwaves to the first and second feed materials. can cause crystallization of the ceramic component of , thereby causing crystallization in each of the first layer, the second layer, and the third layer. The layer having a lower density of ceramic components, i.e. the second layer, has smaller ceramic crystallites than the ceramic crystals formed in the two layers having a higher density of ceramic components, i.e. the first and third layers. to form The ceramic crystals formed in the first and third layers are, for example, 300% to 2000% larger than the ceramic crystals formed in the second layer. eg 300%-1200%, 400%-2000%, 1200%-2000% larger). The ceramic crystallite size ratio may depend on the difference in density of the ceramic components in the first and second feedstocks.

マイクロ波は、結晶化を引き起こすことに加えて、セラミック結晶間の焼結を引き起こすこともできる。第2の層に形成されたセラミック結晶は、マイクロ波の印加により第1および第3の層に形成されたセラミック結晶に焼結することができる。第1および第3の層に形成されたセラミック結晶の粒径に比べて、第2の層に形成されたセラミック結晶の粒径が小さいほど、結果としてセラミック結晶間の結合がより強くなる可能性がある。特に、粒径が小さいほど、セラミック結晶がより稠密になり、したがって、焼結したときに、結晶間の結合をより強くするのを促進することができる。 In addition to causing crystallization, microwaves can also cause sintering between ceramic crystals. The ceramic crystals formed in the second layer can be sintered into the ceramic crystals formed in the first and third layers by application of microwaves. The smaller grain size of the ceramic crystals formed in the second layer compared to the grain size of the ceramic crystals formed in the first and third layers can result in a stronger bond between the ceramic crystals. There is In particular, the smaller the grain size, the more dense the ceramic crystals and thus can promote stronger bonds between the crystals when sintered.

動作500A~500Gで第1の層、第2の層、および第3の層が供出され、硬化され、結晶化された後、これらの動作を繰り返して追加の層を供出し、硬化し、結晶化することができる。図5Aおよび図5Bに表されるように、プロセス500がこれらの追加の層を含む場合、プロセス500は、第1の供給材料のもう1つの層の供出を開始する動作500Hを含むことができる。次いで、プロセス500は、新しい層が硬化され、次の層が供出され、硬化され、新しい層のそれぞれがマイクロ波に曝露される動作500B~500Gと同様の動作を続けることができる。 After the first, second, and third layers have been delivered, cured, and crystallized in operations 500A-500G, these operations are repeated to deliver, cure, and crystallize additional layers. can be As depicted in FIGS. 5A and 5B, if process 500 includes these additional layers, process 500 may include operation 500H to initiate dispensing of another layer of the first feedstock. . Process 500 can then continue with operations similar to operations 500B-500G where a new layer is cured, the next layer is delivered, cured, and each new layer is exposed to microwaves.

コントローラおよび計算装置は、本明細書に記載されたプロセス400および500、動作400A~400E、500A~500H、ならびに他のプロセスおよび動作を実施することができる。一部の実施態様では、装置100の制御システム114およびコントローラ116は、装置100の様々な構成要素、例えば、ディスペンサ118、放射線源120、マイクロ波源122、および/またはこれらのシステムに接続されたアクチュエータ、に接続された1つあるいは複数の処理装置を含むことができ、それらの構成要素に対する制御信号を生成することができる。制御システム114、コントローラ116、ならびに装置100の他のプロセッサおよびコントローラは、各動作を調整し、装置100に上記の様々な機能動作または一連のステップを実行させることができる。これらのプロセッサおよびコントローラは、付加製造モジュール104、マイクロ波モジュール106、ならびに装置100の他のシステムの動きおよび動作を制御することができる。 Controllers and computing devices can implement processes 400 and 500, operations 400A-400E, 500A-500H, and other processes and operations described herein. In some embodiments, control system 114 and controller 116 of device 100 control various components of device 100, such as dispenser 118, radiation source 120, microwave source 122, and/or actuators connected to these systems. , and can generate control signals for those components. Control system 114, controller 116, and other processors and controllers of device 100 may coordinate their respective operations to cause device 100 to perform the various functional operations or sequences of steps described above. These processors and controllers can control the movements and operations of the additive manufacturing module 104 , the microwave module 106 , and other systems of the apparatus 100 .

制御システム114、コントローラ116、および本明細書に記載されたシステムの他の計算装置の一部は、デジタル電子回路、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアにおいて実施することができる。例えば、コントローラは、コンピュータプログラム製品、例えば、非一時的な機械可読ストレージ媒体に記憶されるようなコンピュータプログラムを実行するためのプロセッサを含むことができる。そのようなコンピュータプログラム(プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても知られている)は、コンパイル言語またはインタープリタ言語を含む任意の形態のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアロンプログラムもしくはモジュール、構成要素、サブルーチン、またはコンピューティング環境で使用するのに適した他のユニットを含む任意の形態で配備することができる。 Some of the control system 114, controller 116, and other computing devices of the systems described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or computer software, firmware, or hardware. For example, the controller may include a processor for executing a computer program product, eg, a computer program stored on a non-transitory machine-readable storage medium. Such computer programs (also known as programs, software, software applications, or code) may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and may be written as stand-alone programs or modules, constructs. It can be deployed in any form including elements, subroutines, or other units suitable for use in a computing environment.

制御システム114、コントローラ116、および記載されたシステムの他の計算装置の一部は、データオブジェクト、例えば、供給材料を各層ごとに堆積させるべきパターンを識別するCAD互換ファイルを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体を含むことができる。例えば、データオブジェクトは、STLフォーマットのファイル、3D製造フォーマット(3MF)ファイル、または付加製造ファイルフォーマット(AMF)ファイルであってもよい。例えば、コントローラは、遠隔コンピュータからデータオブジェクトを受け取ることができる。例えば、ファームウェアまたはソフトウェアによって制御されるような、制御システム114のプロセッサは、コンピュータから受け取ったデータオブジェクトを解釈して、装置100の構成要素を制御して各層ごとに指定されたパターンを融合するのに必要な信号の組を生成することができる。 Control system 114, controller 116, and some of the other computing devices of the described system store data objects, e.g. A computer readable medium can be included. For example, the data object may be a file in STL format, a 3D Manufacturing Format (3MF) file, or an Additive Manufacturing File Format (AMF) file. For example, the controller can receive data objects from a remote computer. For example, a processor in control system 114, such as controlled by firmware or software, interprets data objects received from a computer and controls the components of apparatus 100 to fuse the specified pattern for each layer. can generate the set of signals required for

本文書は多くの特定の実施態様の詳細を含むが、これらは、いかなる発明の範囲も、または特許請求可能なものの範囲も限定するものではなく、むしろ特定の発明の特定の実施形態に特有の特徴についての記載として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈において本文書に記載されているある特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈において記載されている様々な特徴は、複数の実施形態において別々にまたは任意の適切なサブ組合せにおいて実施することもできる。さらに、特徴は、ある特定の組合せにおいて作用するとして上記され、最初にそのように特許請求されることがあるが、特許請求される組合せからの1つまたは複数の特徴は、場合によっては、その組合せから削除されてもよく、特許請求される組合せは、サブ組合せまたはサブ組合せの変形形態を対象としてもよい。 While this document contains details of many specific embodiments, these are not intended to limit the scope of any invention or what is patentable, but rather specific to specific embodiments of particular inventions. should be construed as a description of the features. Certain features that are described in this document in the context of separate embodiments can also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment can also be implemented in multiple embodiments separately or in any suitable subcombination. Further, although features have been described above and initially claimed as operating in certain combinations, one or more of the features from the claimed combination may sometimes be Combinations may be omitted and claimed combinations may cover sub-combinations or variations of sub-combinations.

本明細書に記載されたプロセスおよび動作から形成されるセラミック部品は、セラミックウエハであってもよい。一部の例では、セラミック部品は、炭化ケイ素モノリス、炭化タングステンモノリス、または他のセラミックモノリスである。 A ceramic component formed from the processes and operations described herein may be a ceramic wafer. In some examples, the ceramic component is a silicon carbide monolith, tungsten carbide monolith, or other ceramic monolith.

セラミック部品は、研磨パッドをコンディショニングするためのシステム用コンディショニングディスクを提供することができる。コンディショニングディスクは、研磨またはコンディショニングのためのパッドの能力を改善するために研磨材として働くダイヤモンド粒子が埋め込まれるか、またはダイヤモンド粒子でコーティングされ得る。コンディショニングディスクの形状、例えば、任意の切断エッジの位置および曲率は、3D印刷プロセスによって設定することができる。加えて、コンディショニングディスクの底面の表面テクスチャ、例えば、ディスクの底面の表面粗さまたは切断特徴の存在は、3D印刷プロセスによって製造することができる。 A ceramic component can provide a conditioning disk for the system to condition the polishing pad. Conditioning discs may be embedded with or coated with diamond particles that act as abrasives to improve the ability of the pad to polish or condition. The shape of the conditioning disc, eg the position and curvature of any cutting edge, can be set by the 3D printing process. Additionally, the surface texture of the bottom surface of the conditioning disc, eg, surface roughness or the presence of cutting features on the bottom surface of the disc, can be produced by a 3D printing process.

一部の実施態様では、付加製造装置100は、プラットフォーム112上の供給材料に熱を加えることができる熱源を含む。熱源は、供給材料に向かって熱を放射して供給材料を均一に加熱するための加熱ランプであってもよい。熱源は、あるいはまたはさらに、プラットフォーム112に結合されて、プラットフォーム112上に供出される任意の供給材料に熱を与えることができる。熱源からの追加の熱は、硬化放射線が供給材料110に印加されたときに硬化速度を増加させることができる。また、追加の熱を使用して、マイクロ波が供給材料110に印加されたときに焼結および/または結晶化速度を増加させることができる。 In some implementations, additive manufacturing equipment 100 includes a heat source that can apply heat to the feedstock on platform 112 . The heat source may be a heat lamp for radiating heat toward the feed material to uniformly heat the feed material. A heat source may alternatively or additionally be coupled to platform 112 to provide heat to any feed material dispensed onto platform 112 . Additional heat from the heat source can increase the curing speed when curing radiation is applied to the feed material 110 . Also, additional heat can be used to increase the sintering and/or crystallization rate when microwaves are applied to feed material 110 .

一部の例では、エンクロージャ102は、窒素ガスなどの不活性ガスを保持するように構成されている。装置100は、エンクロージャ102の内外にガスを循環させるガスシステムを含むことができる。供給材料110がプラットフォーム112上に供出されるとき、ガスは、結晶化プロセスを改善して、結晶形成の欠陥を低減させ、それにより供給材料110のセラミック成分の結晶成長の均一性を改善することができる。 In some examples, enclosure 102 is configured to hold an inert gas such as nitrogen gas. Apparatus 100 may include a gas system that circulates gas in and out of enclosure 102 . As the feedstock 110 is delivered onto the platform 112, the gas improves the crystallization process and reduces crystal formation defects, thereby improving the crystal growth uniformity of the ceramic component of the feedstock 110. can be done.

炭化ケイ素は、本明細書に記載されたプロセスおよび動作を使用して生成されるセラミック部品を形成することができるセラミック材料の例である。セラミック材料の他の例には、セリア、アルミナ、シリカ、アルミニウム窒化物、窒化ケイ素、またはこれらの材料の組合などの金属酸化物が含まれる。供給材料110は、硬化性成分と組み合わされた乾燥セラミック粒子であってもよい。供給材料110は、液体懸濁液中のセラミック粉末、または材料のスラリ懸濁液であってもよい。ディスペンサ118は、セラミック化合物またはセラミック前駆体と硬化性成分との組合せをキャリア流体、例えば、高蒸気圧のキャリア、例えば、イソプロピルアルコール(IPA)、エタノール、またはN-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に送出することができる。キャリア流体は、マイクロ波の印加前に、または硬化放射線の印加前に蒸発することができる。 Silicon carbide is an example of a ceramic material that can form ceramic components produced using the processes and operations described herein. Other examples of ceramic materials include metal oxides such as ceria, alumina, silica, aluminum nitride, silicon nitride, or combinations of these materials. Feed material 110 may be dry ceramic particles combined with a curable component. Feed material 110 may be a ceramic powder in liquid suspension or a slurry suspension of material. Dispenser 118 dispenses a combination of a ceramic compound or ceramic precursor and a curable component into a carrier fluid, such as a high vapor pressure carrier such as isopropyl alcohol (IPA), ethanol, or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). can be sent in. The carrier fluid can be evaporated prior to application of microwaves or prior to application of curing radiation.

いくつかの実施態様について記載した。それにもかかわらず、様々な修正が行われてもよいことを理解されるであろう。例えば、
* 2つの別個のモジュール、すなわち付加製造モジュール104およびマイクロ波モジュール106について記載したが、一部の例では、硬化放射線およびマイクロ波の印加のためにプラットフォームがモジュール間を移動する必要がないように装置を構成することができる。プラットフォーム112は、ディスペンサ118、放射線源120、およびマイクロ波源122に対して固定された水平位置を有することができる。
* ディスペンサ118、放射線源120、およびマイクロ波源122は、プラットフォーム112の上方の異なる位置に移動可能な単一のモジュールまたは印字ヘッド内部に配置されてもよい。
* 検知システム126は、供給材料110をモニタするための他の適切なセンサを含むことができる。検知システム126は、例えば、セラミック結晶がマイクロ波への暴露に応答して結晶化するときに、セラミック結晶の粒径を追跡する光センサを含むことができる。検知システム126は、あるいはまたはさらに、プラットフォーム112の温度を検出する熱電対を含むことができる。
したがって、他の実施態様は、特許請求の範囲の範囲内にある。
A number of implementations have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications may be made. for example,
* Although two separate modules have been described, the additive manufacturing module 104 and the microwave module 106, in some examples the platform does not need to move between modules for the application of curing radiation and microwaves. You can configure the device. Platform 112 can have a fixed horizontal position with respect to dispenser 118 , radiation source 120 and microwave source 122 .
* Dispenser 118 , radiation source 120 and microwave source 122 may be located within a single module or printhead that is movable to different positions above platform 112 .
* Sensing system 126 may include other suitable sensors for monitoring feed material 110 . Sensing system 126 can include, for example, an optical sensor that tracks the grain size of ceramic crystals as they crystallize in response to exposure to microwaves. Sensing system 126 may alternatively or additionally include a thermocouple to detect the temperature of platform 112 .
Accordingly, other implementations are within the scope of the claims.

Claims (15)

セラミック部品を形成するための付加製造装置であって、
形成される前記セラミック部品を支持するプラットフォームと、
前記プラットフォーム上に供給材料の複数の連続した層を供出するディスペンサであり、前記供給材料が硬化性成分およびセラミック成分を含む、ディスペンサと、
前記プラットフォームの上面に向かって放射線を放射する放射線源であり、前記放射線が、各層が硬化ポリマーを形成するために供出されたときにまたは後に、前記供給材料の前記硬化性成分を硬化するように構成されている、放射線源と、
前記プラットフォーム上の前記連続した層に向けられたマイクロ波を印加するマイクロ波源であり、前記マイクロ波が前記供給材料の前記硬化性成分を気化させ、前記供給材料の結晶化を引き起こして前記セラミック部品を形成するように構成されている、マイクロ波源と、
前記マイクロ波源に接続され、回路および/または非一時的なコンピュータ可読媒体有するコントローラであって、動作中に、前記マイクロ波源が前記供給材料の硬化ポリマーを気化させるマイクロ波を生成し、前記供給材料のセラミック成分の結晶化を引き起こして、前記セラミック部品を形成する、コントローラと、
を備え
前記供給材料が第1の供給材料であり、前記硬化性成分は第1の硬化性成分であり、前記セラミック成分は第1のセラミック成分であり、前記ディスペンサが前記第1の供給材料および第2の供給材料を前記プラットフォームの前記上面上に供出するように構成され、前記第2の供給材料が第2のセラミック成分および第2の硬化性成分を含み、
前記第1の供給材料および前記第2の供給材料は、異なる密度のセラミック結晶シードを含む、装置。
An additive manufacturing apparatus for forming a ceramic part, comprising:
a platform supporting the ceramic component to be formed;
a dispenser for dispensing multiple successive layers of feed material onto said platform, said feed material comprising a curable component and a ceramic component;
a radiation source that emits radiation toward the upper surface of the platform, such that the radiation cures the curable components of the feed material as or after each layer is delivered to form a cured polymer; a radiation source, comprising:
a microwave source for applying microwaves directed at said successive layers on said platform, said microwaves vaporizing said curable components of said feed material and causing crystallization of said feed material to cause said ceramic component. a microwave source configured to form a
a controller connected to the microwave source and having circuitry and/or a non-transitory computer readable medium , wherein during operation the microwave source generates microwaves to vaporize cured polymer of the feed; a controller that causes crystallization of a ceramic component of a material to form the ceramic component;
with
The feed material is a first feed material, the curable component is a first curable component, the ceramic component is a first ceramic component, and the dispenser comprises the first feed material and the second curable component. a feed of material onto said top surface of said platform, said second feed of material comprising a second ceramic component and a second curable component;
The apparatus of claim 1, wherein said first feedstock and said second feedstock comprise ceramic crystal seeds of different densities .
回路および/または非一時的なコンピュータ可読媒体有する前記コントローラは、動作中に、前記マイクロ波のそれぞれの印加の間に、前記ディスペンサに供給材料の少なくとも2つの層を供出させ、それにより前記マイクロ波が供給材料の前記少なくとも2つの層の前記硬化ポリマーを同時に気化させるように構成されている、請求項1に記載の装置。 The controller, having circuitry and/or a non-transitory computer-readable medium, during operation causes the dispenser to dispense at least two layers of feed material between each application of the microwaves, thereby causing the microwaves to dispense at least two layers of feed material. 2. The apparatus of claim 1 , wherein the wave is configured to simultaneously vaporize the cured polymer of the at least two layers of feed material. 回路および/または非一時的なコンピュータ可読媒体有する前記コントローラは、動作中に、前記マイクロ波源にマイクロ波を印加させて、前記ディスペンサに前記供給材料の前記連続した層をすべて供出させた後に、前記供給材料の前記連続した層の前記硬化ポリマーを同時に気化させるように構成されている、請求項1に記載の装置。 The controller, having circuitry and/or a non-transitory computer readable medium, during operation causes the microwave source to apply microwaves to cause the dispenser to dispense all of the successive layers of the feed material, and then: 2. The apparatus of claim 1 , configured to simultaneously vaporize the cured polymer of the successive layers of the feed material. 回路および/または非一時的なコンピュータ可読媒体有する前記コントローラは、動作中に、前記マイクロ波源にマイクロ波を印加させて、前記マイクロ波に対して透明なセラミック結晶の成長を引き起こして前記セラミック部品を形成するように構成されている、請求項1に記載の装置。 The controller, having circuitry and/or a non-transitory computer readable medium, during operation causes the microwave source to apply microwaves to cause growth of the microwave transparent ceramic crystals to form the ceramic component. 2. The apparatus of claim 1 , configured to form a . 前記マイクロ波源が複数の周波数で前記マイクロ波を放射するように構成され、前記マイクロ波源が前記複数の周波数のそれぞれで前記マイクロ波を順次放射するように構成されている、請求項1に記載の装置。 2. The microwave source of claim 1, wherein the microwave source is configured to emit the microwaves at a plurality of frequencies, the microwave source configured to sequentially emit the microwaves at each of the plurality of frequencies. Device. 前記放射線源は紫外線(UV)光源であり、前記放射線は紫外線である、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, wherein the radiation source is an ultraviolet (UV) light source and the radiation is ultraviolet. 前記セラミック成分が液相セラミック化合物を含む、請求項1に記載の装置。 2. The device of claim 1, wherein the ceramic component comprises a liquid phase ceramic compound. 前記マイクロ波源が、前記第1の供給材料の前記第1のセラミック成分を結晶化させて第1のセラミック結晶を形成し、前記第2の供給材料の前記第2のセラミック成分を結晶化させて第2のセラミック結晶を形成するように構成され、前記第1のセラミック結晶が前記第2のセラミック結晶よりも大きい、請求項に記載の装置。 said microwave source crystallizing said first ceramic component of said first feedstock to form first ceramic crystals and crystallizing said second ceramic component of said second feedstock; 2. The device of claim 1 , configured to form a second ceramic crystal, said first ceramic crystal being larger than said second ceramic crystal. 前記第1の供給材料の前記第1の硬化性成分に対する前記第1のセラミック成分の比が前記第2の供給材料の前記第2の硬化性成分に対する前記第2のセラミック成分の比よりも大きい、請求項に記載の装置。 The ratio of the first ceramic component to the first curable component of the first feedstock is greater than the ratio of the second ceramic component to the second curable component of the second feedstock. A device according to claim 1 . 回路および/または非一時的なコンピュータ可読媒体有する前記コントローラは、動作中に、前記装置に
前記ディスペンサを使用して、前記プラットフォームの上面上の前記第1の供給材料の第1の層を供出させ、
前記放射線源を使用して、前記第1の供給材料の前記第1の層を硬化させ、
前記ディスペンサを使用して、前記第1の層上に前記第2の供給材料の第2の層を供出し、
前記放射線源を使用して、前記第2の供給材料の前記第2の層を硬化させ、
前記ディスペンサを使用して、前記第2の層上に前記第1の供給材料の第3の層を供出させ、
前記放射線源を使用して、前記第1の供給材料の前記第3の層を硬化させ、
前記マイクロ波源を使用して、少なくとも前記第1の層、前記第2の層、および前記第3の層を含む複数の層を焼結させる、請求項に記載の装置。
The controller, having circuitry and/or a non-transitory computer-readable medium, during operation causes the device to dispense a first layer of the first feed material on a top surface of the platform using the dispenser. let
curing the first layer of the first feed material using the radiation source;
dispensing a second layer of the second feed material onto the first layer using the dispenser;
curing the second layer of the second feed material using the radiation source;
using the dispenser to dispense a third layer of the first feed material onto the second layer;
curing the third layer of the first feed material using the radiation source;
2. The apparatus of claim 1 , wherein the microwave source is used to sinter multiple layers including at least the first layer, the second layer, and the third layer.
前記マイクロ波に対して不透明なエンクロージャであって、前記プラットフォームを支持し、前記マイクロ波源によって放射された前記マイクロ波を環境から分離する、エンクロージャをさらに備える請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, further comprising an enclosure that is opaque to the microwaves, the enclosure supporting the platform and isolating the microwaves emitted by the microwave source from the environment. 前記マイクロ波に対して不透明で、少なくとも赤外光に対して透明な窓を含む、請求項11に記載の装置。 12. The device of claim 11 , comprising a window that is opaque to said microwaves and transparent to at least infrared light. 前記窓を通して前記プラットフォームの前記上面に向かって赤外線を放射する赤外線熱センサであって、前記プラットフォーム上の前記供給材料の温度を検出するように構成されている、赤外線熱センサをさらに備える、請求項12に記載の装置。 10. An infrared heat sensor that emits infrared light through the window toward the top surface of the platform, the infrared heat sensor configured to detect the temperature of the feed material on the platform. 13. The device according to 12 . 前記マイクロ波源に結合されたホーンをさらに備え、前記ホーンは、前記マイクロ波源によって放射された前記マイクロ波を前記プラットフォームの上面の一部へ誘導するように成形された、請求項1に記載の装置。 2. The apparatus of claim 1, further comprising a horn coupled to said microwave source, said horn shaped to direct said microwaves emitted by said microwave source to a portion of the upper surface of said platform. . 前記セラミック成分が、セラミック化合物の1つまたは複数の前駆体を含む、請求項1に記載の装置。 2. The device of claim 1, wherein the ceramic component comprises one or more precursors of a ceramic compound.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10500786B2 (en) 2016-06-22 2019-12-10 Carbon, Inc. Dual cure resins containing microwave absorbing materials and methods of using the same
DE102016121803A1 (en) * 2016-11-14 2018-05-17 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Device for the additive production of three-dimensional objects
US20190151944A1 (en) * 2017-11-22 2019-05-23 Applied Materials, Inc. Additive Manufacturing with a Two-Part Polygon Scanner
DE102019001976A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 Karlsruher Institut für Technologie Additive manufacturing process of a mold using microwave radiation, microwave printing device and additive printing device for 3D printing of a filament comprising a fiber composite material
WO2021013750A1 (en) * 2019-07-19 2021-01-28 Vito Nv A method and system for manufacturing three-dimensional porous structure
CN110357631B (en) * 2019-08-14 2021-09-17 曾杰 Method and equipment for preparing silicon carbide component by microwave treatment-based chemical vapor conversion process
RU2742147C1 (en) * 2020-07-24 2021-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Microwave unit for processing articles from dielectric materials with large volumes and surfaces
KR102341208B1 (en) * 2020-11-03 2021-12-20 주식회사 엠오피(M.O.P Co., Ltd.) 3D printing method for forming stacked structures of different materials

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007178007A (en) 2005-12-26 2007-07-12 Kyocera Corp Microwave baking method
JP2012250022A (en) 2011-05-31 2012-12-20 Ivoclar Vivadent Ag Process for generative preparation of ceramic shaped body by three-dimensional inkjet printing
JP2015147984A (en) 2014-02-07 2015-08-20 セイコーエプソン株式会社 Sintering and molding material, sintering and molding method, sintering and molding article and sintering and molding apparatus

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08151267A (en) * 1994-11-25 1996-06-11 Toshiba Ceramics Co Ltd Production of silicon carbide-carbon sintered compact and silicon carbide-silicon composite material
US20050023710A1 (en) * 1998-07-10 2005-02-03 Dmitri Brodkin Solid free-form fabrication methods for the production of dental restorations
CA2663076C (en) * 1998-11-20 2013-11-12 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for production of a cast component
TW561102B (en) * 2001-10-22 2003-11-11 Hrl Lab Llc Preparing composites by using resins
JP4214040B2 (en) * 2003-07-22 2009-01-28 高砂工業株式会社 Operation method of microwave heating furnace and microwave heating furnace
DE102005030067A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 FHS Hochschule für Technik, Wirtschaft und soziale Arbeit St. Gallen Apparatus for producing objects using generative method, e.g. selective laser sintering, has system for generating mist of fluid between electromagnetic component and process chamber
JP4227642B2 (en) * 2005-12-28 2009-02-18 キヤノン株式会社 Three-dimensional object manufacturing method and three-dimensional object manufacturing apparatus
GB2439530B (en) * 2006-05-26 2011-07-13 Pera Innovation Ltd Method of and apparatus for producing thermoplastic materials
EP2539656B1 (en) * 2010-02-25 2015-07-29 Corning Incorporated Tray assemblies and methods for manufacturing ceramic articles
US20120228803A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 Honeywell International Inc. Methods for fabricating high temperature castable articles and gas turbine engine components
CN102172774B (en) * 2011-03-10 2015-09-30 湖南华曙高科技有限责任公司 A kind of selective laser sintering scan method
GB201109045D0 (en) * 2011-05-31 2011-07-13 Warwick Ventures Additive building
US9511543B2 (en) * 2012-08-29 2016-12-06 Cc3D Llc Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing
US9724877B2 (en) * 2013-06-23 2017-08-08 Robert A. Flitsch Methods and apparatus for mobile additive manufacturing of advanced structures and roadways
US20150084240A1 (en) 2013-09-20 2015-03-26 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for forming three-dimensional articles
WO2015108550A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Generating three-dimensional objects
KR101971413B1 (en) * 2014-01-16 2019-04-22 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. Generating a three-dimensional object
JP2015196268A (en) * 2014-03-31 2015-11-09 株式会社東芝 Apparatus and method for production of laminated molding and liquid raw material
CN105313332B (en) * 2014-06-09 2020-05-05 联合工艺公司 Two-part thermosetting resin additive manufacturing system
CN104190931B (en) * 2014-09-09 2016-10-05 华中科技大学 A kind of high-efficiency high-accuracy composite wood manufacture method and device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007178007A (en) 2005-12-26 2007-07-12 Kyocera Corp Microwave baking method
JP2012250022A (en) 2011-05-31 2012-12-20 Ivoclar Vivadent Ag Process for generative preparation of ceramic shaped body by three-dimensional inkjet printing
JP2015147984A (en) 2014-02-07 2015-08-20 セイコーエプソン株式会社 Sintering and molding material, sintering and molding method, sintering and molding article and sintering and molding apparatus

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